【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电极材料领域，具体涉及一种钠离子电池用荔枝木基高性能硬碳负极材料的制备方法及其在钠离子电池中的应用。
技术介绍
1、随着便携式电子产品的广泛使用和电动汽车市场的扩大，锂离子电池储能系统的大规模应用导致锂资源短缺的问题。因此，开发资源储量丰富、安全有保障的电化学储能装置具有重要的应用价值。由于锂和钠具有相似的物理化学特性，钠离子电池被认为是有前途的锂离子电池的替代品。如今，地壳中分布广泛的钠资源的浓度为2.3wt.％，远高于分布不均匀的锂资源的浓度(0.0017wt.％)。此外，铝箔可以代替昂贵的铜箔作为钠离子电池的负极集流体，并且其不与钠结合，这进一步降低了成本。
2、由于锂离子电池中传统的石墨负极储钠性能非常有限，电极材料尤其是负极材料的研究受到了广泛的关注。钠离子电池的负极材料多数为非石墨碳材料(即软碳和硬碳)，它们都是从煤石化产品中通过苛刻的工艺合成的。这些技术涉及复杂的操作及有限的化石资源作为原材料，极大地限制了负极材料的可持续发展和商业化生产中的广泛应用。由于上述因素，生物质材料逐渐进入了研究人员的视野。生物质材料含量丰富且可再生，可以为钠离子电池负极材料提供一种低成本、环保的硬碳前驱体。此外，生物质多样的形态能够提供具有特殊性质的天然独特孔隙结构，有利于钠离子的储存。荔枝树是我国南方重要的经济果树之一，我国有大面积的荔枝果园，以往对荔枝废弃物碳材料的研究，主要集中于荔枝壳和荔枝核，而每年果农疏剪的荔枝树枝大量被废弃或者直接焚烧，造成大量的资源浪费和环境污染。此外，荔枝木中高含量的紧密纤维素在
技术实现思路
1、为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种钠离子电池用荔枝木基高性能硬碳负极材料的制备方法。
2、本专利技术的又一目的在于提供一种上述制备方法制备得到的荔枝木基高性能硬碳负极材料。
3、本专利技术的再一目的在于提供一种上述荔枝木基高性能硬碳负极材料在钠离子电池中的应用。
4、本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
5、一种钠离子电池用荔枝木基高性能硬碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：
6、(1)将荔枝木进行机锯处理得到体积为1～50cm3的荔枝木块，将荔枝木块用去离子水洗涤，随后在70℃下干燥24h，得到预处理的荔枝木块；
7、(2)将步骤(1)所得预处理的小荔枝木块在惰性气体氛围下进行一步阶梯碳化，待样品冷却后转移到酸性溶液中，搅拌，洗涤、过滤至中性，干燥、研磨后过筛网，得到钠离子电池用荔枝木基高性能硬碳负极材料。
8、步骤(2)所述惰性气体为氮气、氩气或氦气中的至少一种。
9、步骤(2)所述惰性气体的流速均为20～100ml min-1。
10、步骤(2)所述一步阶梯碳化是先以2～10℃min-1的升温速率升温至800℃，碳化1～5h，随后又立即以2～10℃min-1的升温速率升温至1000～1600℃，碳化2～6h。
11、步骤(2)所述酸性溶液为浓度1～2mol l-1的盐酸溶液、硫酸溶液、乙酸溶液或硝酸溶液；所述搅拌是指在磁力搅拌器上进行搅拌1～24h；所述洗涤是指用去离子水清洗；所述筛网目数是50～500目。
12、一种由上述的制备方法制备得到的荔枝木基高性能硬碳负极材料，所述荔枝木基高性能硬碳负极材料组装成钠离子电池在电流密度为0.02ag-1时，质量比容量为400～440mah g-1；在电流密度增大为5ag-1时，质量比容量达到300～330mah g-1；在电流密度为1ag-1时，循环200圈后容量还可以高达340～380mah g-1，容量保持率可达80～95％。
13、上述的荔枝木基高性能硬碳负极材料在钠离子电池中的应用。
14、本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：
15、(1)本专利技术以资源丰富且成本低的荔枝木为碳源，将其剪切成体积为1～50cm3的荔枝木块，然后用去离子水洗净烘干再将其放入管式炉一步阶梯碳化即可得到高性能硬碳负极材料。具体的，一步阶梯碳化是对荔枝木先以一定的温度速率升温到800℃，保温一定时间后，在不冷却的情况下继续以一定的升温速率升温到1400℃，保温一定时间后自然冷却。此方法与两步碳化相比，步骤更加简便，同时还能缩短碳化时间。由此制备的硬碳负极材料可作为较好的钠离子电池的电极材料，其在电流密度为0.02ag-1时可逆比容量可达398mah g-1，高于二次碳化所得负极材料的可逆比容量(363mah g-1)。
16、(2)本专利技术没有对前驱体进行粉碎和球磨处理，直接将前驱体块进行一步阶梯碳化，由此制得的硬碳负极材料缺陷程度低，比表面积小，有利于提高钠离子电池的首圈库伦效率。此外，此硬碳负极材料还具有更合适的层间距、更大的晶体厚度和晶面宽度，适宜钠离子的嵌入和脱出，有助于储存更多的钠离子，从而提高钠离子电池的比容量。
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1.一种钠离子电池用荔枝木基高性能硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述惰性气体为氮气、氩气或氦气中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述惰性气体的流速均为20～100mL min-1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述一步阶梯碳化是先以2～10℃min-1的升温速率升温至800℃，碳化1～5h，随后又立即以2～10℃min-1的升温速率升温至1000～1600℃，碳化2～6h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述酸性溶液为浓度1～2molL-1的盐酸溶液、硫酸溶液、乙酸溶液或硝酸溶液；所述搅拌是指在磁力搅拌器上进行搅拌1～24h；所述洗涤是指用去离子水清洗；所述筛网目数是50～500目。
6.一种由权利要求1～5任一项所述的制备方法制备得到的荔枝木基高性能硬碳负极材料，其特征在于：所述荔枝木基高性能硬碳负极材料组装成钠离子电池在电流密度为0.02Ag-1时，
7.根据权利要求6所述的荔枝木基高性能硬碳负极材料在钠离子电池中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种钠离子电池用荔枝木基高性能硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述惰性气体为氮气、氩气或氦气中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述惰性气体的流速均为20～100ml min-1。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述一步阶梯碳化是先以2～10℃min-1的升温速率升温至800℃，碳化1～5h，随后又立即以2～10℃min-1的升温速率升温至1000～1600℃，碳化2～6h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述酸性溶液为浓度1～2mol...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁业如，陆镓聪，钟欣月，林晓敏，陈家傲，刘应亮，郑明涛，肖勇，胡航，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：
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