【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于木质素硬碳负极材料，特别涉及一种高倍率性能的木质素基硬碳负极材料及其制备与应用。
技术介绍
1、石墨是锂离子电池中常用的负极材料，但由于热力学因素，难以与钠离子形成稳定的插层化合物造成石墨储钠容量很低。同时，由于钠离子的半径比锂离子半径大，造成钠离子扩散速率缓慢，还会在充放电过程中产生较大的电极体积变化，导致较差的倍率性能及循环性能。因此，寻找一种低成本、电化学综合性能优异的钠离子电池负极材料是推动钠离子电池得到更广泛应用的关键。硬碳是指在2800℃的高温下也难以石墨化的碳材料，一般由生物质(木材、核桃壳、香蕉皮等)、糖类(葡萄糖、蔗糖、纤维素等)、人工合成的树脂等热固性前驱体(富氧或缺氢材料)在超过1000℃的温度下进行烧结而形成。硬碳具有成本低、易于制备、储钠电位低、容量高等优点，被认为是具有商业化潜质的钠离子电池负极材料。但由于硬碳结构复杂且具有较多孔隙和缺陷，存在首次库伦效率低、循环稳定性不足以及倍率性能差等问题，这些因素严重阻碍着硬碳负极材料的产业化应用。
2、为了解决这些问题，研究人员提出了许多提升硬碳负极材料电化学性能的改进策略。主要集中在以下两个方面：一是通过调控前驱体的合成以及热解过程在微观上调控硬碳的孔结构和石墨化程度。例如dou等(chemsuschem 2017,10,2668-2676)采用半纤维素含量高的玉米芯、木质素含量高的花生壳以及果胶含量丰富的废苹果三种生物质来探究前驱体结构与电化学性能之间关系，结果发现以木质素为主花生壳基硬碳拥有最高的石墨化程度(id/ig＝0.98
3、木质素是自然界中储量仅次于纤维素的第二大天然高分子聚合物，也是自然界中唯一具有三维网络结构的芳香族高分子聚合物。木质素大分子主要以对羟基苯丙烷结构(h)、愈创木基苯丙烷结构(g)和紫丁香基苯丙烷结构(s)三种基本单元通过β-o-4、β-1、β-β、4-o-5、α-o-4、5-5′及β-5等多种化学键连接而成。工业木质素主要来源于制浆造纸黑液或生物炼制的工业残渣，其中造纸工业中木质素的年产量约为7000万吨，大部分木质素被当作废弃物直接丢弃或用作低级燃料燃烧，这不仅对环境造成了严重污染，而且极大地浪费了自然资源。由于木质素中官能团丰富，易于进行化学改性，改性后的木质素已在光催化、抗菌、抗紫外、药物缓释等领域得到了较好的发展。木质素中碳含量高达60％，分子中含有大量的芳香结构，将木质素改性后进行炭化制备硬碳在钠离子电池电极材料领域中展现了极好的应用前景。zhang等(acs applied.material&interfaces 2021,13,61180-61188)以木质素和酚醛树脂为原料，将两种相互作用的前体在喷雾干燥的雾化过程中，瞬间形成高度支化的聚合物网络，之后热解制备出硬碳微球(hcms)。与单个前驱体相比，具有可调交联结构的组合前驱体更容易通过抑制碳化过程中前驱体的石墨化来生成大的层间距(0.399nm)和丰富闭孔结构的硬碳材料，电化学测试表明，hcms在30ma g-1的电流密度下有着373.4mah g-1的初始可逆比容量和88％的高首次库仑效率，在150次循环后容量保留率为90.2％。但其在600ma g-1电流密度下的倍率性能仅为117mah g-1。中国专利公开文本cn115849332a公布了一种高倍率硬碳负极材料及其制备方法。该方法以生物质聚合物为硬碳前驱体，与酸酐类有机物通过溶剂法混合，利用酸酐类有机物软碳性质诱导硬碳生长石墨微晶结构并且填堵硬碳开孔，形成部分闭孔提高储钠容量，从而实现高首效、高倍率性能和稳定的钠离子储存。但其容量较低，在50ma g-1的电流密度下的首次充电容量仅为243.2mah g-1。
4、综上所述，上面介绍的一些工艺虽然在某些方面取得较好的效果，但却难以使硬碳同时实现高首效、高容量、高倍率性能及长的循环稳定性。特别是硬碳容量低、大电流下的倍率性能差等问题限制了其在钠离子电池中的实际应用。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种高倍率性能的木质素基硬碳负极材料的制备方法。
2、本专利技术另一目的在于提供上述方法制备的高倍率性能的木质素基硬碳负极材料。
3、本专利技术再一目的在于提供上述高倍率性能的木质素基硬碳负极材料在钠离子本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高倍率性能的木质素基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所述高倍率性能的木质素基硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述高倍率性能的木质素基硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述高倍率性能的木质素基硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述高倍率性能的木质素基硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述高倍率性能的木质素基硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：
7.根据权利要求1所述高倍率性能的木质素基硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：
8.根据权利要求1所述高倍率性能的木质素基硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：
9.权利要求1-8任一项所述方法制备得到的木质素基硬碳负极材料。
10.权利要求9所述木质素基硬碳负极材料在钠离子电池中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种高倍率性能的木质素基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所述高倍率性能的木质素基硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述高倍率性能的木质素基硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述高倍率性能的木质素基硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述高倍率性能的木质素基硬碳负极材料的制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：易聪华，熊旋，杨东杰，楼宏铭，刘伟峰，黄锦浩，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：
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