[发明专利]一种钠离子电池用生物质硬炭负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钠离子电池用生物质硬炭负极材料的制备方法，包括以下步骤：以木材、竹材或油茶果壳中的一种或多种为生物质原材料，将生物质原材料浸入硫酸溶液中，在室温下搅拌，得到悬浮液；将悬浮液在水中分散、过滤干燥得到前驱体；将前驱体在惰性气体保护下升温进行预炭化处理，冷却后球磨，得到预炭粉；将预炭粉在惰性气体保护下升温进行高温炭化处理，冷却，得到钠离子电池用生物质硬炭负极材料。本发明工艺过程简单、制备得到的钠离子电池用生物质硬炭负极材料首次库伦效率高。

技术领域

本发明涉及钠离子电池材料领域，尤其涉及一种钠离子电池用生物质硬炭负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池已经具有成熟的产业化规模，但是钠离子电池目前仍处于初期研发阶段，尚未进行大规模产业化使用。采用相同工艺制备出的负极材料分别应用到锂离子电池和钠离子电池中会呈现出完全不同的结果，例如以石墨为典型代表的碳基材料，完全可以作为锂离子电池负极材料使用，并且可以取得比较好的性能，但是应用于钠离子电池负极材料时，根本无法形成稳定的插层化合物导致石墨无法作为钠离子电池的负极材料使用。

现有技术中，有以生物废弃物(如玉米棒、南瓜藤、稻草秆等)为原料制备的钠离子电池用硬炭负极材料，将生物质洗涤干燥-煅烧粉碎-处理液处理再干燥-再次过筛煅烧，得到适合钠离子电池用硬炭负极材料，但是制备工序繁琐，制备时间长等缺点，进而导致生产成本高，产业化难度高。现有技术中还有通过木屑为原料，将木屑与醚类进行交联，再次进行高温炭化，得到钠离子电池用负极材料，过于繁琐的制备工艺，首次库伦效率较低(低于85％)，产业化经济效益低。综上所述，现有钠离子电池用负极材料存在制备工艺复杂，生产成本高，首次库伦效率低的缺点，导致生物质硬炭负极材料在工业上难以实现规模化的应用生产。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种原料来源丰富、环保可再生、工艺过程简单、特别是能够拥有首次库伦效率高的钠离子电池用硬炭负极材料及其制备方法，并相应提供其应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种钠离子电池用生物质硬炭负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、以木材、竹材或油茶果壳中的一种或多种为生物质原材料，将生物质原材料浸入硫酸溶液中，在室温下搅拌，除去生物质原材料中的灰分并引入了氧原子对生物质原材料中易于被氧化的官能团进行氧化改性，得到悬浮液；

S2、将步骤S1所得悬浮液在水中分散、过滤干燥得到前驱体；

S3、将步骤S2所得前驱体在惰性气体保护下升温至400～600℃进行预炭化处理，冷却后球磨，得到预炭粉；

S4、将步骤S3所得预炭粉在惰性气体保护下升温至1100～1600℃进行高温炭化处理，冷却，得到钠离子电池用生物质硬炭负极材料。

作为对上述技术方案的进一步改进：

所述步骤S1中，所述的硫酸溶液摩尔浓度为3～6mol/L，所述生物质原材料的质量与硫酸溶液的体积比为10～60g：60mL。

所述步骤S1中，所述搅拌的时间为3～6h。

所述步骤S2中，所述分散为超声分散，所述超声分散的时间为30min～1h。

所述步骤S3中，所述升温的速率为6～10℃/min；所述预炭化处理的温度为500～550℃；所述预炭化处理的保温时间为2h～3h。

所述步骤S4中，所述球磨转速为300～700转/分钟，所述球磨的时间为0.5～2h。

所述步骤S4中，所述升温的速率为3～10℃/min，所述高温炭化处理的保温时间为2h～5h。。