快速冷却制备层片状微裂纹硬碳的工艺及硬碳、钠离子电池制造技术

本申请提供一种快速冷却制备层片状微裂纹硬碳的工艺及硬碳。上述的快速冷却制备层片状微裂纹硬碳的工艺，包括如下步骤：获取前驱体颗粒；对前驱体颗粒进行第一段热解处理；对富孔碳材料进行第二段热解处理，得到硬碳材料，对硬碳材料进行冷却处理，得到具有丰富缺陷位点的层片状微裂纹硬碳，通过该方法，在确保层片状微裂纹硬碳具有较高导电性的同时，还为钠离子的有效扩散和嵌入提供新通道，从而有助于更多钠离子在负极材料进行快速脱嵌，同时，层片状微裂纹硬碳还能增大负极材料与电解液的接触面积，有效地提高电解液的渗透率，提高了钠离子电池的首效率、可逆容量及循环性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
快速冷却制备层片状微裂纹硬碳的工艺及硬碳、钠离子电池


[0001]本专利技术涉及负极材料
，特别是涉及一种快速冷却制备层片状微裂纹硬碳的工艺及硬碳。

技术介绍

[0002]钠离子电池具有能量密度高、倍率性能好和循环寿命长等优点，近年来成为主要的电化学储能设备之一，广泛应用于移动设备、电动汽车和可再生资源储能等领域。然而，随着钠离子电池的发展，锂资源日渐匮乏，锂成本也逐日升高，所以钠离子电池在大规模电化学储能系统的发展应用中受到阻碍。
[0003]钠元素与锂元素同族，与锂物理化学性质相似，并且钠元素在地球上的储量远比锂丰富，价格也更加低廉，所以钠离子电池越来越受到人们的关注。然而，由于钠离子的半径比锂离子大，并且传统的石墨层间距较小(0.34nm)，从而使得钠离子很难进入石墨层内，因此导致石墨材料在钠离子电池中表现出的储钠容量并不高，从而造成钠离子电池得不到广泛地应用。
[0004]目前，许多学者认为硬碳将是目前钠离子电池中最有前景的负极材料，主要是因为硬碳是难以石墨化的碳，并且它的碳层间距比石墨碳层间距更大，从而能够容纳更多半径较大的钠离子的脱嵌。
[0005]由于生物质材料具有天然微观结构并富含碳元素，其衍生碳材料具有层间距大，无序化程度高，具有丰富的活性位点，且成本低，可再生，绿色环保等优点，故作为硬碳制备的首选原材料。
[0006]在传统硬碳的制备过程中，通常利用花生壳、稻壳、秸秆等作为生物质的前驱体一步热解制备得到硬碳。虽然热解后制备得到的硬碳能明显改善材料的电化学性，但是首效率和可逆容量均较低，循环性能较差，较难以满足钠离子电池商业化的要求。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种首效率高、可逆容量及循环性能好的快速冷却制备层片状微裂纹硬碳的工艺及硬碳、钠离子电池。
[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0009]一种快速冷却制备层片状微裂纹硬碳的工艺，包括如下步骤：
[0010]获取前驱体颗粒；
[0011]对所述前驱体颗粒进行第一段热解处理，得到石墨微晶碳材料；
[0012]对所述石墨微晶碳材料进行第二段热解处理，得到富孔碳材料，其中，第二段热解的温度高于第一段热解的温度；
[0013]对所述富孔碳材料进行冷却处理，得到层片状微裂纹硬碳。
[0014]在其中一个实施例中，在对所述前驱体颗粒进行第一段热解处理时，以3C/min～8℃/min的升温速率加热至400℃～800℃，恒温1h～3h。
[0015]在其中一个实施例中，对所述石墨微晶碳材料进行第二段热解处理，2～5℃/min的升温速率升温至600～1200℃，恒温热解2h～4h。
[0016]在其中一个实施例中，在对所述富孔碳材料进行冷却处理时，向所述富孔碳材料通入冷却剂进行冷却。
[0017]在其中一个实施例中，所述冷却剂包括丙烷、液氨和液氮中的至少一种。
[0018]在其中一个实施例中，在液氮或氩气的条件下进行所述第一段热解处理和所述第二段热解处理，并且控制所述液氮或所述氩气的通气量为1L/min～3L/min。
[0019]在其中一个实施例中，在获取前驱体颗粒的步骤中，包括如下具体的步骤：
[0020]通过超声清洗装置对生物质原料进行振荡清洗操作；
[0021]对经过振荡清洗操作后的所述生物质原料进行烘干操作；
[0022]对经过烘干操作后的所述生物质原料进行粉碎操作，得到前驱体颗粒。
[0023]在其中一个实施例中，在对经过烘干操作后的所述生物质原料进行粉碎操作的步骤之后，并在对所述前驱体颗粒进行第一段热解处理的步骤之前，还包括如下步骤：
[0024]对所述前驱体颗粒进行过筛操作，得到粒径为44μm～74μm的所述前驱体颗粒。
[0025]一种硬碳，采用上述任一实施例中所述的快速冷却制备层片状微裂纹硬碳的工艺制备得到的。
[0026]一种钠离子电池，包括正极和负极，其特征在于，所述负极的活性物质包括在上述任一个实施例中所述的硬碳。
[0027]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下优点：
[0028]1)上述的快速冷却制备层片状微裂纹硬碳的工艺，首先，对前驱体颗粒进行第一段热解处理，以使生物质中的有机大分子能快速被释放出来，以得到石墨微晶碳材料；然后对石墨微晶碳材料进行第二段热解处理，并且第二段热解的温度高于第一段热解的温度，从而使得石墨微晶能逐渐被碳化，以得到孔隙较大、结构稳定和导电性好的富孔碳材料；最后对富孔碳材料进行冷却处理，从而能在富孔碳材料的表面形成许多微裂纹，以得到层片状微裂纹硬碳，如此，在确保层片状微裂纹硬碳具有较高导电性的同时，还为钠离子的有效扩散和嵌入提供新通道，从而有助于更多钠离子在负极材料进行快速脱嵌，同时，层片状微裂纹硬碳还能增大负极材料与电解液的接触面积，从而有效地提高了电解液的渗透率，进而提高电解液的注液效率，而且还有助于钠离子电池在循环过程中电解液能较好地浸润负极材料，进而很好地提高了钠离子电池的首效率、可逆容量及循环性能。
[0029]2)上述的快速冷却制备层片状微裂纹硬碳的工艺，利用前驱体颗粒作为原材料，能对农业废弃的花生壳、秸秆、树叶和枯枝等进行利用，不仅来源广且价格便宜，且更利于环保。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0031]图1为本专利技术一实施例的快速冷却制备层片状微裂纹硬碳的工艺的流程图；
[0032]图2为本专利技术一实施例的硬碳电镜图；
[0033]图3为实施例2的首次充放电克容量图；
[0034]图4为实施例1～3及对比例1～3的循环性能曲线对比图。
具体实施方式
[0035]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施方式。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术的公开内容理解的更加透彻全面。
[0036]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0037]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于抑制本专利技术。本文所使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速冷却制备层片状微裂纹硬碳的工艺，其特征在于，包括如下步骤：获取前驱体颗粒；对所述前驱体颗粒进行第一段热解处理，得到石墨微晶碳材料；对所述石墨微晶碳材料进行第二段热解处理，得到富孔碳材料，其中，第二段热解的温度高于第一段热解的温度；对所述富孔碳材料进行冷却处理，得到层片状微裂纹硬碳。2.根据权利要求1所述的快速冷却制备层片状微裂纹硬碳的工艺，其特征在于，在对所述前驱体颗粒进行第一段热解处理时，以3C/min～8℃/min的升温速率加热至400℃～800℃，恒温1h～3h。3.根据权利要求1所述的快速冷却制备层片状微裂纹硬碳的工艺，其特征在于，对所述石墨微晶碳材料进行第二段热解处理，2～5℃/min的升温速率升温至600～1200℃，恒温热解2h～4h。4.根据权利要求1所述的快速冷却制备层片状微裂纹硬碳的工艺，其特征在于，在对所述富孔碳材料进行冷却处理时，向所述富孔碳材料通入冷却剂进行冷却。5.根据权利要求4所述的快速冷却制备层片状微裂纹硬碳的工艺，其特征在于，所述冷却剂包括丙烷、液氨和液氮中的至少一种。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建兴，刘利云，方波，张毓晨，
申请(专利权)人：广东一纳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：