[发明专利]一种利用含碳生物质壳制备硬碳的方法及其应用

说明书

本发明涉及一种利用含碳生物质壳制备硬碳的方法，包括如下步骤：按照碱性溶液中的碱：含碳生物质壳粉末的质量比为(1‑20):1的量，向碱性溶液中加入含碳生物质壳粉末，记为溶液A；将溶液A注入不锈钢反应釜中密封水热，待产物随炉冷却至室温后取出，得到预处理的含碳生物质壳粉末；将得到的预处理含碳生物质壳粉末加入足量酸清洗，并去除多余无机盐杂质离子，得到硬碳前驱体；将得到的硬碳前驱体在惰性气体气氛下碳化，得到B物质；将得到的硬碳材料先用足量的酸去除硅，再进行烘干，得到硬碳。本发明的有益效果是：具有原料价格低廉、丰富，工业化程度高，制造成本低，易于商业化生产，性能优异，实用性高的特点。

技术领域

本发明涉及一种利用含碳生物质壳制备硬碳的方法及其应用。

背景技术

传统化石燃料的大量燃烧引起能源危机和严重的环境污染，可再生清洁能源的开发与利用已刻不容缓。然而，可再生清洁能源如太阳能、风能等新能源虽清洁可再生，但是受到时间段和天气等的影响比较大，有不稳定、不连续和不可控等缺点，需要开发配套的储能装置来以保证发电、供电的连续性和稳定性。与其他电化学储能相比，锂离子电池具有能量密度大、循环寿命长、工作电压高、无记忆效应、自放电小、工作温度范围宽等优点，在便携式电子设备、通讯设备、静态储能和电动汽车领域的应用非常广泛。但是在大型储能方面，锂离子电池面临着成本高、寿命短、存在安全隐患等问题，随着的锂电行业的发展，对锂的需求越来越大，而锂在地壳中的丰度仅为0.0065wt％，且分布不均、开采困难，由此造成锂成本升高，不能满足日益发展的储能电池的需要。

钠与锂处在同一个主族，位于锂的下方，因此两者的物理化学性质非常相似。与锂相比，钠在地壳中的丰度为2.74wt％，资源丰富，开采方便，成本低廉，安全性高。同时，钠离子电池能量密度高、成本低、无环境污染，非常适合于大规模储能应用。电极材料是钠离子电池的重要组成部分。截止到目前，一系列正极材料的发展已经使得高性能钠离子电池的应用成为可能。寻找合适的钠离子电池负极材料仍然是一个重大的挑战。石墨以其工作电位低、循环稳定性好、导电性优良以及价格便宜等诸多优点，一直是锂离子电池负极材料的主流。然而，由于热力学原因，石墨在传统的脂类电解液中的嵌钠容量却很低(35mAh/g)。其他钠电负极材料如合金、氧化物、有机化合物等存在结构坍塌、容量低、首效低、电导率低等问题，难以实现在锂离子电池中的应用。硬碳钠离子电池负极材料可逆容量高、充放电电压平台低、循环性能优异，有望成为钠离子电池的主流负极材料。

硬碳的前驱体主要有高分子聚合物，使用高分子聚合物热解得到的硬碳，性能优异，但价格昂贵，对其在钠离子电池中的商业化不利。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种利用含碳生物质壳制备硬碳的方法及其应用，以克服上述现有技术中的不足。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种利用含碳生物质壳制备硬碳的方法，包括如下步骤：

步骤一、按照碱性溶液中的碱：含碳生物质壳粉末的质量比为(1-20):1的量，向碱性溶液中加入含碳生物质壳粉末，记为溶液A；

步骤二、将溶液A注入不锈钢反应釜中，于30℃到200℃密封水热1h至20h，待产物随炉冷却至室温后取出，得到预处理的含碳生物质壳粉末；

步骤三、将步骤二中得到的预处理含碳生物质壳粉末加入足量酸清洗，再用纯净水洗涤至中性，并去除多余无机盐杂质离子，得到硬碳前驱体；

步骤四、将步骤三中得到的硬碳前驱体在惰性气体气氛下，于800℃至1500℃碳化2h到10h，得到B物质；

步骤五、将步骤四中得到的B物质先用足量的酸去除硅，再用大量清水洗至中性，最后进行烘干，得到硬碳。

一种所述硬碳作为钠离子电池负极用材料的应用。