【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及生物质硬炭，尤其涉及一种将荻苇原料炭化成生物质硬炭的前驱体及制备方法以及硬炭、负极材料和电池。
技术介绍
1、硬炭是通过热解高分子聚合物、石油化工产品、生物质等得到的热解炭。硬炭的制备通常包含低温预碳化和高温碳化两个主要步骤。低温预碳化是将有机物分解为碳化物的过程，该过程通常在100-800℃，当前可采用天然气炉或电阻丝炉进行加热处理。当前预碳化设备采用天然气炉或电阻丝炉，不均匀导热增加了开孔体积。一方面，加热速度和原材料的导热性能导致腔体内部存在较大的温度梯度；此外，预碳化处理过程中原料较多挥发份的逸出影响了温度测量的准确性。因此，前驱体在预碳化过程中的结构变化不均匀，产品一致性控制带来难度；另一方面，由于挥发份逸出导致的开孔体积多，给后续高温碳化过程中闭孔形成造成困难，进而影响其储锂、储钠的电化学性能，导致其可逆容量低，首次库伦效率偏低。
2、中国现有专利申请号201910222121.3公开了一种利用烟杆所制备生物质硬碳及其制备方法，将去除髓心的烟叶茎杆净化粉碎后400～600℃下预热解，再在1200～1400℃下锻烧，再经碱液、酸液中浸泡除杂，进一步洗净干燥得到硬碳，制备的钠离子电池初始放电比容量346～370mah/g；由于电池性能跨度大，而且不进行去髓处理，电池性能会下降三分之一以上，因此该专利对电池性能控制不够稳定，并且制备工艺繁杂，提升了成本。
技术实现思路
1、针对现有技术的生物质硬炭生产工艺所述前驱体再经过二次炭化成硬炭后制备的钠离子扣
2、380mah/g，首次充电容量达280～300mah/g过于繁杂成本高的情况，本专利技术提供一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体，具备制备工艺简单快捷，制备出来的硬炭电化学性能稳定可控的优点；本专利技术还提供一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体的制备方法，具备制备工艺简单快捷，制备出来的硬炭电化学性能稳定可控的优点；本专利技术还提供一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体制备的硬炭，具备制备工艺简单快捷，电化学性能稳定可控的优点；本专利技术还提供一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体制备的硬炭制备的负极材料，具备制备工艺简单快捷，电化学性能稳定可控的优点；本专利技术还提供一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体制备的硬炭制备的电池，具备制备工艺简单快捷，电化学性能稳定可控的优点。
3、本专利技术以以下技术方案实现：
4、一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体，所述前驱体为多孔结构，且所述前驱体内的闭孔结构面积为开孔结构面积两倍以上；所述前驱体为将干净的荻苇原料经过预炭化制成，且所述预炭化过程为将荻苇原料置于微波加热炉中数小时；所述干净的荻苇原料的灰分低于5％。
5、荻苇指的水生植物南荻和芦苇，在湖南北部广泛生长，具有生长速度快收割容易的优点，降低了原料成本，荻苇内含生物质分布均匀，无需去髓，只需去除泥沙等杂质，干燥后即可进入炭化流程，经过微波加热后所得前驱体和硬炭内含大量闭孔结构，令制成的电池性能稳定可控，工艺显著简化成本降低，无需多余化学基团修饰，仍然保持性能优良状态，令整体工艺具有环境友好性。
6、优选的，将荻苇原料的灰分降至5％以下的方法为将粉碎后的荻苇原料传送至净化室，对泥土进行离心分离，再次传输到茎叶分离室，分离室内置锤片粉碎装置和旋风分离机，通过旋风分离机对叶片进行分离收集得到灰分低于5％的荻苇原料。
7、优选的，所述前驱体h/c比低于0.055，o/c比低于0.163。
8、优选的，所述前驱体的la不小于1.72，lc不小于0.77；所述前驱体经氮气比表面积检测，开孔结构总体积为0。
9、一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体的制备方法，包括以下步骤：
10、1)将干净的荻苇原料粉碎至10～50cm；
11、2)将步骤1)粉碎的荻苇原料置于100～120℃下干燥；
12、3)将步骤2)制备的干燥荻苇原料用微波加热炉在300～600℃的惰性气氛下预炭化得到所述前驱体。
13、优选的，步骤3)中微波加热炉升温速率为3～10℃/min。
14、一种使用上述的一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体或使用上述的一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体的制备方法制备的前驱体经二次炭化制备的硬炭，将所述前驱体经酸液、碱液中的一种或多种混合浸泡后置于1000～1300℃的惰性气氛炭化数小时，得到硬炭。
15、优选的，所述硬炭经氮气比表面积检测，开孔结构总体积为0。
16、一种上述的硬炭制备的负极材料。
17、一种上述的负极材料制备的钠离子电池或锂离子电池。
18、优选的，所述前驱体再经过二次炭化成硬炭后制备的钠离子扣式电池的首次放电容量达360～380mah/g，首次充电容量达280～300mah/g
19、本专利技术的有益效果：
20、(1)本专利技术工艺简化，采用荻苇为原料，无需去髓步骤，所制备的前驱体、硬炭制备的电池都有较优良且稳定的电化学性能。
21、(2)本专利技术以微波加热荻苇原料，得到完全闭孔状态的前驱体和硬炭，令电化学性能稳定可控。
22、(3)本专利技术无需有机溶液浸泡修饰，就能保持优良稳定的电化学性能，制备过程有环境友好性。
23、(4)本专利技术工艺简单成本低环境友好，有利于广泛工业推广。
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1.一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体，其特征在于，所述前驱体为多孔结构，且所述前驱体内的闭孔结构面积为开孔结构面积两倍以上；所述前驱体为将干净的荻苇原料经过预炭化制成，且所述预炭化过程为将荻苇原料置于微波加热炉中数小时；所述干净的荻苇原料的灰分低于5％。
2.根据权利要求1所述的一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体，其特征在于，所述前驱体H/C比低于0.055，O/C比低于0.163。
3.根据权利要求1所述的一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体，其特征在于，所述前驱体的La不小于1.72，Lc不小于0.77；所述前驱体经氮气比表面积检测，开孔结构总体积为0。
4.根据权利要求1～3任一所述的一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体的制备方法，其特征在于，步骤3)中微波加热炉升温速率为3～10℃/min。
6.一种使用权利要求1～3任一所述的一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体或使用权利
7.根据权利要求6所述的硬炭，其特征在于，所述硬炭经氮气比表面积检测，开孔结构总体积为0。
8.一种根据权利要求6～7任一所述的硬炭制备的负极材料。
9.一种根据权利要求8所述的负极材料制备的钠离子电池或锂离子电池。
10.根据权利要求9所述的电池，其特征在于，所述前驱体再经过二次炭化成硬炭后制备的钠离子扣式电池的首次放电容量达360～380mAh/g，首次充电容量达280～300mAh/g。
...【技术特征摘要】
1.一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体，其特征在于，所述前驱体为多孔结构，且所述前驱体内的闭孔结构面积为开孔结构面积两倍以上；所述前驱体为将干净的荻苇原料经过预炭化制成，且所述预炭化过程为将荻苇原料置于微波加热炉中数小时；所述干净的荻苇原料的灰分低于5％。
2.根据权利要求1所述的一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体，其特征在于，所述前驱体h/c比低于0.055，o/c比低于0.163。
3.根据权利要求1所述的一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体，其特征在于，所述前驱体的la不小于1.72，lc不小于0.77；所述前驱体经氮气比表面积检测，开孔结构总体积为0。
4.根据权利要求1～3任一所述的一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种将荻苇原料炭化生成的生物质硬炭的前驱体的制备方法，...
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