生物质衍生硬碳材料和其制备方法、钠离子电池负极极片和钠离子电池技术

本发明专利技术提供了一种生物质衍生硬碳材料和其制备方法、钠离子电池负极极片和钠离子电池。该制备方法包括：步骤S1，将植物秸秆进行预处理，得到秸秆粉末；步骤S2，对秸秆粉末进行酸浸和碱浸，得到秸秆纤维素；步骤S3，将秸秆纤维素与水混合进行水热碳化反应，产物经洗涤后，高温煅烧得到生物质衍生硬碳材料。该生物质衍生碳材料由秸秆依次经过除杂、水热碳化和高温煅烧而来，使得材料本身具有大量的内部晶格缺陷，从而产生了大量活性位点，能够明显提高材料的能量密度和导电性。尤其是将其通过硫、氮共掺杂后，特别适宜用于钠离子电池负极极片的制备，能够改善溶剂化分子在电极表面上的迁移速率，提高极片的能量密度和导电性。提高极片的能量密度和导电性。提高极片的能量密度和导电性。

【技术实现步骤摘要】
生物质衍生硬碳材料和其制备方法、钠离子电池负极极片和钠离子电池


[0001]本专利技术涉及钠离子电池
，具体而言，涉及一种生物质衍生硬碳材料和其制备方法、钠离子电池负极极片和钠离子电池。

技术介绍

[0002]秸秆是成熟农作物茎叶(穗)部分的总称，特点是粗纤维含量高(30％
‑
40％)，富含氮、磷、钾、钙、镁和有机质等，是一种具有多用途的可再生的生物资源。
[0003]自古以来，都有“焚烧秸秆”的做法，在收割完粮食之后，地里留下的秸秆也会就地焚烧。然而随着时代的发展，我国为了保护农村生态环境，减少空气污染问题，在几年前，发布了严禁令，明令禁止燃烧秸秆。如何科学处理秸秆资源是当前亟待解决的问题。
[0004]另一方面，钠离子电池被认为是最有商业化前景的低成本、大规模储能体系之一，硬碳以其成本低廉、性能优越等优点成为钠电商业化的首选负极材料。
[0005]公开号为CN109004199A的专利技术专利申请给出一种钠离子电池负极用生物质硬碳材料的制备方法，采用廉价易得的生物质为碳源，用简单便捷的方法制备成钠离子电池负极用硬碳材料，能够有效降低钠离子电池的成本，其技术方案选取的生物质原料为莲科植物，来源较为有限，制备得到的硬碳材料的容量和循环性能有待提升。
[0006]公开号为CN112811409A的专利技术专利申请给出以红柳为碳源制备硬碳负极材料及高比容量锂离子电池的方法，以红柳枝为碳源，热分解得到硬碳负极材料，并以该硬碳负极材料来制备高比容量的锂离子电池，其技术方案选取的生物质原料为红莲，硬碳材料的容量和循环性能偏低，该专利在制备过程中需经过两次退火，能耗高。
[0007]公开号为CN110719891A的专利技术专利申请给出了基于生物质的钠离子电池硬碳负极材料及其制备方法和应用，该方案在制备过程中需高锰酸盐，环境不友好且硬碳材料的容量和循环性能有待提升。

技术实现思路

[0008]本专利技术的主要目的在于提供一种生物质衍生硬碳材料和其制备方法、钠离子电池负极极片和钠离子电池，以解决现有技术中钠离子负极极片能量密度和导电性不足的问题。
[0009]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种生物质衍生硬碳材料的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，将植物秸秆进行预处理，得到秸秆粉末；步骤S2，对秸秆粉末进行酸浸和碱浸，得到秸秆纤维素；步骤S3，将秸秆纤维素与水混合进行水热碳化反应，产物经洗涤后，高温煅烧得到生物质衍生硬碳材料。
[0010]进一步地，酸浸采用的酸为硫酸、盐酸、硝酸、草酸、苹果酸和柠檬酸中的任意一种或者多种，优选的，酸的浓度为1mol/L～10mol/L；
[0011]和/或，碱浸的碱为氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠中的任意一种或者多种的水溶
液，优选的，碱溶液的浓度为0.2mol/L～10mol/L；
[0012]优选的，酸浸的温度为85℃～99℃，更优选为90℃～99℃；
[0013]优选的，碱浸的温度为160℃～200℃，更优选为170℃～190℃。
[0014]进一步地，水热碳化反应的温度为150℃～300℃，优选为200℃～250℃；优选的，水热碳化反应的时间为48h～96h，更优选为60～72h；
[0015]优选的，高温煅烧的温度为500℃～900℃，优选为600℃～700℃；优选的，高温煅烧的时间为1h～8h，更优选为2～5h；优选的，高温煅烧的升温速率为1～20℃/min，更优选为5～10℃/min。
[0016]进一步地，植物秸秆包括水稻秸秆、小麦秸秆、玉米秸秆、薯类秸秆、油菜秸秆、棉花秸秆和甘蔗秸秆中的任意一种或者多种。
[0017]进一步地，制备方法还包括：将生物质衍生硬碳材料与同时含有硫、氮的化合物在球磨装置中进行球磨，得到硫氮共掺杂生物质衍生硬碳；
[0018]优选的，球磨在惰性气体氛围中进行；
[0019]优选的，生物质衍生硬碳材料与球磨介质的质量比为1：5～1：7；
[0020]优选的，球磨装置的转速为350rpm～450rpm，更优选的，球磨的时间为48h～60h。
[0021]进一步地，同时含有硫、氮的化合物选自硫脲、噻唑烷酮和异硫氰酸胍中的任意一种或者多种；
[0022]优选的，生物质衍生硬碳材料与同时含有硫、氮的化合物的质量比为1:20～20:1，更优选为1：2～1：6。
[0023]根据本专利技术的另一方面，提供了一种生物质衍生硬碳材料，该生物质衍生硬碳材料由上述任一种的制备方法制备得到。
[0024]根据本专利技术的又一方面，提供了一种钠离子电池负极极片，该钠离子电池负极极片含有上述的生物质衍生硬碳材料。
[0025]进一步地，负极极片由生物质衍生硬碳材料与导电剂、粘结剂制备得到；优选的，生物质衍生硬碳材料与导电剂、粘结剂的质量比为6～8：1～2：0.5～1。
[0026]根据本申请的再一方面，提供了一种钠离子电池，该钠离子电池含有上述的钠离子电池负极极片。
[0027]应用本专利技术的技术方案，生物质衍生碳材料由秸秆依次经过除杂、水热碳化和高温煅烧而来，使得材料本身具有大量的内部晶格缺陷，从而产生了大量活性位点，能够明显提高材料的能量密度和导电性。尤其是将其通过硫、氮共掺杂后，特别适宜用于钠离子电池负极极片的制备，能够改善溶剂化分子在电极表面上的迁移速率，提高极片的能量密度和导电性。
附图说明
[0028]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0029]图1示出了根据本专利技术的实施例的秸秆内部结构示意图；以及
[0030]图2示出了根据本专利技术的实施例的硫氮共掺杂生物质衍生硬碳微观结构示意图。
具体实施方式
[0031]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本专利技术。
[0032]如本申请
技术介绍
所分析的，现有技术中存在钠离子负极极片能量密度和导电性不足的问题，为了解决该问题，本申请提供了一种生物质衍生硬碳材料和其制备方法、钠离子电池负极极片和钠离子电池。
[0033]根据本申请的一种典型的实施方式，提供了一种生物质衍生硬碳材料的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，将植物秸秆进行预处理，得到秸秆粉末；步骤S2，对秸秆粉末进行酸浸和碱浸，得到秸秆纤维素；步骤S3，将秸秆纤维素与水混合进行水热碳化反应，产物经洗涤后，高温煅烧得到生物质衍生硬碳材料。
[0034]生物质衍生碳材料由秸秆依次经过除杂、水热碳化和高温煅烧而来，使得材料本身具有大量的内部晶格缺陷，从而产生了大量活性位点，能够明显提高材料的能量密度和导电性。尤其是将其通过硫、氮共掺杂后，特别适宜用于钠离子电池负极极片的制备，能够改善溶剂化分子在电极表面上的迁移速率，提高极片的能量密度和导电性。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质衍生硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括：步骤S1，将植物秸秆进行预处理，得到秸秆粉末；步骤S2，对所述秸秆粉末进行酸浸和碱浸，得到秸秆纤维素；步骤S3，将所述秸秆纤维素与水混合进行水热碳化反应，产物经洗涤后，高温煅烧得到生物质衍生硬碳材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸浸采用的酸为硫酸、盐酸、硝酸、草酸、苹果酸和柠檬酸中的任意一种或者多种，优选的，所述酸的浓度为1mol/L～10mol/L；和/或，所述碱浸的碱为氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠中的任意一种或者多种的水溶液，优选的，碱溶液的浓度为0.2mol/L～10mol/L；优选的，所述酸浸的温度为85℃～99℃，更优选为90℃～99℃；优选的，所述碱浸的温度为160℃～200℃，更优选为170℃～190℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水热碳化反应的温度为150℃～300℃，优选为200℃～250℃；优选的，所述水热碳化反应的时间为48h～96h，更优选为60～72h；优选的，所述高温煅烧的温度为500℃～900℃，优选为600℃～700℃；优选的，所述高温煅烧的时间为1h～8h，更优选为2～5h；优选的，所述高温煅烧的升温速率为1～20℃/min，更优选为5～10℃/min。4.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述植物秸秆包括水...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晶博，姜涛，高天一，孙焕丽，别晓非，计结胜，杨贺捷，郝雪纯，张笑鸣，刘佳鑫，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：