【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钠电池材料领域，具体涉及一种基于生物质制备高比容量硬碳材料的方法。
技术介绍
1、随着可再生储能材料的深入研究，锂离子电池因具有比能量大、自放电小、绿色环保等优势而备受青睐。但是锂资源储量有限且分布不均，导致锂离子电池生产成本较高，频繁充放电缩减使用寿命，难以满足未来规模化应用的需求。为了解决上述问题，新型钠离子电池可作为传统锂离子电池的潜在替代品。
2、钠离子电池所用负极材料主要是硬碳，由生物质衍生而来的硬碳具有来源丰富，制备简便，价格低廉等优点，作为钠离子电池负极材料具备良好的电化学性能，成为近年来研究热点。基于生物质的硬碳制备方法主要有四种：一步碳化法、活化法、水热法和模板法，这些方法在对生物质原料进行预处理时，大多使用稀酸或碱液与原料反应，如专利cn116514120a、cn116443852a、cn115207320a，该预处理只对原料进行蓬松、除去少量杂质，有机分子结构并没有发生本质变化，炭化时小分子挥发逸出，只有大分子固化下来，碳元素利用率较低，最终产品收率也较低，一般在10％左右(产品重量与生物质原料重量相比)。
技术实现思路
1、为克服以上生物质原料制备硬碳材料收率低的缺点，并进一步提高硬碳材料的电化学性能，本专利技术提供一种基于生物质原料制备高比容量硬碳材料的方法，具体为：
2、生物质颗粒通过化学法脱水缩合剂预处理，发生一定程度的炭化现象，经过滤、洗涤、烘干得到黑色的前驱体颗粒，再经低温预炭化提高固定碳含量，最后经破碎、高温
3、所述脱水缩合剂优选为浓硫酸、发烟硫酸、三氧化硫或有机磺酸，所述浓硫酸浓度优选为70-105％。
4、所述预处理，是指将生物质颗粒用脱水缩合剂浸泡1-12h，生物质与脱水缩合剂的重量比为1:(1～10)，温度为25～200℃。浸泡过程中，纤维素类物质中的氢、羟基生成水分子而被脱去，生物质内部分子交联重排，分子量增大，苯系物提高，芳香化程度增高，生物质发生一定的炭化现象；该过程也极大地固定了小分子有机物，显著提高了碳元素的利用率。此过程为放热反应，自加热加速脱水缩合剂渗透到生物内部，也起到一定的低温炭化作用，提高前驱体的固定碳含量；酸对杂质元素的溶解性，同时起到了酸洗提纯的作用，降低了前驱体中的灰分含量。
5、所述生物质优选为椰壳、核桃壳、桃壳、枣壳、杏壳、樱桃壳、开心果壳、夏威夷果壳等，为了保证后序产品的均匀性，须将这些生物材料破碎到颗粒直径10mm以下。
6、所述洗涤，指多次过滤、洗涤，直至滤液接近中性。
7、所述预炭化，是干燥的前驱体在惰性气氛下350-750℃下保温1-5h，优选为1.5-2.5h。此过程，挥发分物质气化逸出，大分子、苯系物等脱氢炭化。
8、所述破碎，包括粗破碎、超细破碎，粗破碎至颗粒＜2mm，超细破碎至粒度d50为4～15μm。
9、所述烧结，是炭化料粉末在惰性气氛下1000-1700℃下烧结1-12h，优选为4-8h。
10、所述后处理，包括混合、除磁、过筛、包装等。
11、经预处理和预炭化，所得炭化料密度和固定碳含量均增加，烧结装钵量增加，产能提高，成本降低。
12、本专利技术的有益效果为：化学法脱水缩合剂可脱除生物质原料内纤维素类物质中的氢和羟基，内部分子交联重排分子量增大，芳香化程度增高，发生一定的炭化现象；该过程也极大地固定了小分子有机物，显著提高了碳元素的利用率。此过程为放热反应，自加热加速脱水缩合剂渗透到生物内部，也起到一定的低温炭化作用，提高前驱体的固定碳含量；酸对杂质元素的溶解性，同时起到了酸洗提纯的作用，降低了前驱体中的灰分含量。经预炭化、破碎、烧结制得硬碳材料，从原料至产品的总收率可达到25％以上，是传统制备工艺收率约2.5倍；该工艺的原料利用率提高显著，可极大地降低硬碳材料产品的生产成本。与未经化学法脱水缩合方法预处理制得的硬碳材料相比(克容量约320mah/g)，本专利技术的硬碳材料产品具有更佳的电化学性能，比容量可达到380mah/g以上，首圈充放电库伦效率≥86％。
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1.一种制备高比容量硬碳材料的方法，其特征在于，生物质颗粒通过化学法脱水缩合剂预处理，使发生一定程度的炭化，经过滤、洗涤、烘干得到黑色的前驱体颗粒，再经低温预炭化提高固定碳含量，最后经破碎、高温烧结、后处理工序制得适用于钠离子电池负极的高比容量硬碳材料。
2.根据权利要求1所述制备高比容量硬碳材料的方法，其特征在于，所述脱水缩合剂为浓硫酸、发烟硫酸、三氧化硫或有机磺酸。
3.根据权利要求2所述制备高比容量硬碳材料的方法，其特征在于，所述浓硫酸浓度为70-105％。
4.根据权利要求1所述制备高比容量硬碳材料的方法，其特征在于，所述预炭化是干燥的前驱体在惰性气氛下350-750℃下保温1-5h。
5.根据权利要求4所述制备高比容量硬碳材料的方法，其特征在于，所述保温时间为1.5-2.5h。
6.根据权利要求1所述制备高比容量硬碳材料的方法，其特征在于，所述破碎包括粗破碎、超细破碎，粗破碎至颗粒＜2mm，超细破碎至粒度D50为4～15μm。
7.根据权利要求1所述制备高比容量硬碳材料的方法，其特征在于，所述烧结是
8.根据权利要求7所述制备高比容量硬碳材料的方法，其特征在于，所述烧结时间优选为4-8h。
9.根据权利要求1所述制备高比容量硬碳材料的方法，其特征在于，所述洗涤指多次过滤、洗涤，直至滤液接近中性。
10.根据权利要求1所述制备高比容量硬碳材料的方法，其特征在于，所述后处理包括混合、除磁、过筛、包装。
...【技术特征摘要】
1.一种制备高比容量硬碳材料的方法，其特征在于，生物质颗粒通过化学法脱水缩合剂预处理，使发生一定程度的炭化，经过滤、洗涤、烘干得到黑色的前驱体颗粒，再经低温预炭化提高固定碳含量，最后经破碎、高温烧结、后处理工序制得适用于钠离子电池负极的高比容量硬碳材料。
2.根据权利要求1所述制备高比容量硬碳材料的方法，其特征在于，所述脱水缩合剂为浓硫酸、发烟硫酸、三氧化硫或有机磺酸。
3.根据权利要求2所述制备高比容量硬碳材料的方法，其特征在于，所述浓硫酸浓度为70-105％。
4.根据权利要求1所述制备高比容量硬碳材料的方法，其特征在于，所述预炭化是干燥的前驱体在惰性气氛下350-750℃下保温1-5h。
5.根据权利要求4所述制备高比容量硬碳材料的方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨华春，李云峰，周晓飞，周阳，罗传军，薛峰峰，
申请(专利权)人：河南省氟基新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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