CN115028157A - 一种提高生物质硬碳作钠电负极电化学性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高生物质硬碳作钠电负极电化学性能的方法，属于碳基材料的制备技术领域。本发明通过将废弃生物质原材料置于开放的瓷舟中在500℃～600℃于惰性气氛中预碳化排出焦油，所得碳材料置于密闭石墨罐中，密闭石墨罐置于管式炉中，通入惰性气体，高温热解。本方法简单易学，可有效提高所得碳材料的电化学性能，所得产品可用于电化学领域。
Description
技术领域
本发明属于碳基材料的制备技术领域，具体涉及一种提高生物质硬碳作钠电负极电化学性能的方法。
背景技术
硬碳材料在钠离子电池领域有着广泛的应用，而生物质硬碳因其原材料的价廉、易得、可再生等优势而倍受关注。目前将生物质硬碳材料用于钠离子电池，主要的处理方法为高温热解和杂原子掺杂。相对于杂原子掺杂，高温热解则无需额外的添加剂，因此，简单高效且不会引入其他无用的基团。但是，在长期的热处理中，主要采用的还是在惰性气氛的保护下，在开放空间对材料进行热解，即将材料置于开放的瓷舟中热解，这就导致杂原子将会以更快的速度去除，因此必然对碳原子的重排产生影响，从而进一步影响其作为钠离子电池负极材料的电化学性能。
发明内容
针对目前生物质硬碳材料用于钠离子电池电化学性能低的问题，本发明提供了一种简单高效地提高生物质硬碳材料钠电性能的方法，即在高温热解的过程中，将预碳化得到的碳材料置于密闭空间中热解。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种提高生物质硬碳作钠电负极电化学性能的方法，包括以下步骤：
步骤1，将废弃生物质原材料前驱体置于开放的瓷舟中在惰性气氛中热解排出焦油，得到预碳化的碳材料；
步骤2，将步骤1中所得预碳化的碳材料置于密闭石墨罐中，再将密闭石墨罐置于管式炉中，同时通入惰性气体，进行高温热解，最终得到生物质硬碳材料。
进一步，所述步骤1中热解温度为500～600℃。
进一步，惰性气氛为氩气气氛或氮气气氛。
进一步，所述步骤2中高温热解的温度为1000～1600℃。
进一步，所述步骤2中所用容器是密闭石墨罐。
进一步，所用废弃生物质原材料包括：玉米棒、豆渣。
与现有技术相比本发明具有以下优点：本发明在生物质硬碳材料制备过程中，通过将装载样品的容器由常规的瓷舟或者刚玉瓷舟在高温热解阶段改成密闭的石墨罐，提高了生物质硬碳材料作为钠电负极电化学性能，操作简单电化学性能提高了20％～200％。
附图说明
图1为本实施例1中CC-1400-G和CC-1400的倍率性能示意图；
图2为本实施例2中CC-1200-G和CC-1200的倍率性能示意图；
图3为本实施例3中CC-1000-G和CC-1000的倍率性能示意图；
图4为本实施例4中CC-1600-G和CC-1600的倍率性能示意图。
具体实施方式
实施例1
步骤1，将玉米棒用去离子水浸泡24小时，鼓风干燥，破碎机破碎成粉末。将玉米棒粉末置于开放的瓷舟中在500℃于氩气气氛中预碳化排出焦油，得到预碳化的碳材料。
步骤2，将步骤1得到的预碳化的玉米棒粉末放置于密闭的石墨罐中，石墨罐置于管式炉中，通入氩气，1400℃热解，得到生物质硬碳材料(标记为CC-1400-G)。
同样将步骤1得到的预碳化的碳材料置于开放的瓷舟中1400℃热解所得的硬碳材料(标记为CC-1400)，将其二者作为钠电负极材料，在不同的电流密度下，CC-1400-G的比容量均高于CC-1400(如图1所示)电化学性能提高了22.2％。
实施例2
步骤1，将玉米棒用去离子水浸泡24小时，鼓风干燥，破碎机破碎成粉末。将玉米棒粉末置于开放的瓷舟中在600℃于氮气气氛中预碳化排出焦油，得到预碳化的碳材料。
步骤2，将步骤1得到的预碳化的玉米棒粉末放置于密闭的石墨罐中，石墨罐置于管式炉中，通入氩气，1200℃热解，得到硬碳材料(标记为CC-1200-G)。
同样将步骤1得到的预碳化的碳材料置于开放的瓷舟中1200℃热解所得的硬碳材料(标记为CC-1200)，将其二者作为钠电负极材料，在不同的电流密度下，CC-1200-G的比容量均高于CC-1200(如图2所示)电化学性能提高了100％。
实施例3
步骤1，将豆渣用去离子水浸泡24小时，鼓风干燥。将豆渣置于开放的瓷舟中在600℃于氮气气氛中预碳化排出焦油，得到预碳化的碳材料。
步骤2，将步骤1得到的预碳化的豆渣粉末放置于密闭的石墨罐中，石墨罐置于管式炉中，通入氩气，1000℃热解，得到硬碳材料(标记为CC-1000-G)。
同样将步骤1得到的预碳化的碳材料置于开放的瓷舟中1000℃热解所得的硬碳材料(标记为CC-1000)，将其二者作为钠电负极材料，在不同的电流密度下，CC-1000-G的比容量均高于CC-1000(如图3所示)电化学性能提高了67.7％。
实施例4
步骤1，将玉米棒用去离子水浸泡24小时，鼓风干燥，破碎机破碎成粉末。将玉米棒粉末置于开放的瓷舟中在500℃于氮气气氛中预碳化排出焦油，得到预碳化的碳材料。
步骤2，将步骤1得到的预碳化的玉米棒粉末放置于密闭的石墨罐中，石墨罐置于管式炉中，通入氩气，1600℃热解，得到硬碳材料(标记为CC-1600-G)。
同样将步骤1得到的预碳化的碳材料置于开放的瓷舟中1600℃热解所得的硬碳材料(标记为CC-1600)，将其二者作为钠电负极材料，在不同的电流密度下，CC-1600-G的比容量均高于CC-1600(如图4所示)电化学性能提高了140％。
综上，本申请技术方案在生物质硬碳材料制备过程中，通过将装载样品的容器由常规的瓷舟或者刚玉瓷舟在高温热解阶段改成密闭的石墨罐，提高了生物质硬碳材料作为钠电负极电化学性能，提高了20～200％。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (5)
1.一种提高生物质硬碳作钠电负极电化学性能的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，将废弃生物质原材料前驱体置于开放的瓷舟中在惰性气氛中热解排出焦油，得到预碳化的碳材料；
步骤2，将步骤1中所得预碳化的碳材料置于密闭石墨罐中，再将密闭石墨罐置于管式炉中，同时通入惰性气体，进行高温热解，最终得到生物质硬碳材料。
2.根据权利要求1中所述一种提高生物质硬碳作钠电负极电化学性能的方法，其特征在于：所述步骤1中热解的温度为500～600℃。
3.根据权利要求1中所述一种提高生物质硬碳作钠电负极电化学性能的方法，其特征在于：惰性气氛为氩气气氛或氮气气氛。
4.根据权利要求1中所述一种提高生物质硬碳作钠电负极电化学性能的方法，其特征在于：所述步骤2中高温热解的温度为1000～1600℃。
5.根据权利要求1中所述一种提高生物质硬碳作钠电负极电化学性能的方法，其特征在于：所用废弃生物质原材料包括：玉米棒、豆渣。
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