【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种碳电池材料制备，具体涉及一种石墨化可控生物质碳电池负极材料及其制备方法。
技术介绍
1、化石能源枯竭和环境恶化使人们重视可再生能源的开发利用。发展太阳能、风能发电技术符合可持续发展的要求。然而清洁能源产生的电能往往具有时效性和间歇性，因此实现电能并网需要将能量储存起来，提高能量的品质。由于抽水蓄能、压缩空气储能等物理储能方式储能效率低且因地制宜、投入成本高，因此开发高效率、规模灵活和低成本的储能装置对实现清洁能源的有效利用很有必要且十分迫切。电化学储能具有储能效率高、投入成本低等优势，由于拥有较高的能量效率和较长的寿命，锂、钠离子等碱金属离子电池有潜力在大规模储能中得到应用。决定碱金属离子电池性能和成本的主要因素是正、负极材料，在实际应用中，为了提高正极材料的工作效率，往往需要更多的负极材料来实现容量匹配，因此，降低负极材料的成本有利于电池在储能中实现大规模应用。
2、碳材料具有易于获得和低成本的优势，多样的电子状态使碳材料具有丰富、可调的结构，同时碳材料的工作电位低，是电池的理想负极材料。在碳材料的开发中，前驱体的选择和加工工艺非常重要，直接决定了碳材料的电化学性能和产业化成本。生物质具有多样的结构，是碳材料的理想前驱体，利用生物质前驱体设计的碳材料具有独特的形貌和微观结构。
3、现有技术zhao l f,hu z,lai w h,et al.hard carbon anodes:fundamentalunderstanding and commercial perspectives
4、在生物质碳材料的开发上，各家企业都有自家的加工工艺，呈并行趋势，其中，日本可乐丽公司的产品最为成熟，但工艺较为繁琐，采用椰壳作为原料，经过破碎、碱渍、热处理纯化、碳化和cvd处理，其中cvd处理工艺难度较高。
5、作为对标可乐丽的国内企业，佰思格生物质碳材料产品采用葡萄糖、淀粉和木质素等作为原料，通过改性处理、裂解缩聚、碳化和表面改性等步骤，可以得到满足快充性能的钠离子电池硬碳负极材料，该公司产品工艺较国外企业更加简单，成本更加低廉，售价约为海外企业的1/2(cn111834614a、cn111834613a)。
6、国内传统锂电负极企业贝特瑞、杉杉、中科星城和翔丰华等厂家的生物质碳材料工艺均已研发完成，包括基于稻壳、玉米芯、果壳等植物类前驱体的硬碳cn111509198a，基于榛子壳前驱体的硬碳cn114835104a、基于花生壳、椰壳、核桃壳前驱体的硬碳cn111439738a。
7、目前，虽然已经开发出多种多样的生物质碳材料设计处理手段，但仍然缺少对无定形碳材料的微观认识，无法解释生物质衍生碳材料的烧结变化和石墨化的普遍机理，导致生物质衍生碳材料的设计调控缺少准则，很难将前处理、烧结、后处理三者的结果和碳材料本身的构效关系建立起联系。同时，生物质前驱体的本征结构很难实现完全调控，高温煅烧后仍然具有原本的形貌特征。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种石墨化可控生物质碳电池负极材料及其制备方法，本专利技术通过调控前驱体成分和烧结条件，实现对生物质碳石墨化程度的可控设计。将得到的碳材料用作钠离子电池负极材料，拥有较高的比容量和良好的循环稳定性。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种石墨化可控生物质碳电池负极材料制备方法，至少包括如下步骤：
4、步骤1：采用竹加工废弃物为前驱体，将竹加工废弃物进行分类，破碎过筛后，对不同类型的前驱体采用针对性的酸处理方案，用于除去前驱体中的非结构组分和杂质；
5、步骤2：采用碱性过渡金属盐溶液调控破碎、除杂后的前驱体结构组分的含量和形态；
6、步骤3：对步骤2中处理后的前驱体洗涤后进行预烧和烧结；
7、步骤4：对步骤3中的烧结后的碳材料进行表面修饰即可；
8、其中，步骤4中，将步骤3得到的碳材料用浓度为1-1.5m的硫酸10ml和2ml过氧化氢的混合液浸泡8-12min,即可得到用于钠离子电池的负极材料。
9、其中，步骤1中，竹加工废弃物包括竹加工过程产生的边角料和加工过程中引入的杂质；
10、步骤1的具体布步骤如下：
11、首先分离竹子的不同部位，根据硬度和形态将竹枝、竹杆和竹节分开，烘干破碎后过筛，将粒径大于100目和小于100目的前驱体进行第二次分离；
12、接着利用酸处理分解除去前驱体中的非结构组分，非结构组分包括蛋白质、脂质和杂质。
13、进一步的，对不同种类的前驱体采用不同的酸处理方案，其中竹枝和竹杆破碎后，颗粒的硬度相对较低，粒径小于100目的前驱体颗粒采用酸洗方式处理，在70-90℃热水浴中，将前驱体加入浓度为0.5-1m的盐酸溶液中搅拌1-2h；
14、粒径大于100目的前驱体颗粒采用盐酸回流处理,在110-130℃油浴中，将前驱体加入浓度为0.5-1m的盐酸溶液中冷凝回流1-2h；
15、竹节破碎后，颗粒的硬度相对较高，粒径小于100目的前驱体颗粒采用0.5-1m盐酸110-130℃冷凝回流2-3h，粒径大于100目的前驱体颗粒采用0.5-1m盐酸110-130℃冷凝回流3-4h。
16、其中，步骤2具体步骤如下：将除去非结构组分和杂质的前驱体混合，在加入氢氧化钠的弱碱性ph＝8，0.001m氯化铁溶液中搅拌8-12min。
17、其中，步骤3中进行烧结时，将处理后的前驱体在4-6℃min-1升温至300℃保温2.5-3.5h，再4-6℃min-1升温至1300℃保温2.5-3.5h的升温程序下碳化。
18、另外，本专利技术还公开了一种石墨化可控生物质碳电池负极材料，企主要由上述方法制备得到。
19、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
20、本专利技术以竹加工废弃物为前驱体，将热水浴和酸碱处理、过渡金属盐溶液处理相结合，通过调控前驱体成分和烧结条件，实现对生物质碳石墨化程度的可控设计。将得到的碳材料用作钠离子电池负极材料，拥有较高的比容量和良好的循环稳定性。
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1.一种石墨化可控生物质碳电池负极材料制备方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种石墨化可控生物质碳电池负极材料制备方法，其特征在于：步骤1中，竹加工废弃物包括竹加工过程产生的边角料和加工过程中引入的杂质；
3.根据权利要求2所述的一种石墨化可控生物质碳电池负极材料制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求2所述的一种石墨化可控生物质碳电池负极材料制备方法，其特征在于，步骤2具体步骤如下：将除去非结构组分和杂质的前驱体混合，在加入氢氧化钠的弱碱性pH＝8，0.001-0.005M氯化铁溶液中搅拌8-12min。
5.根据权利要求2所述的一种石墨化可控生物质碳电池负极材料制备方法，其特征在于，步骤3中进行烧结时，将处理后的前驱体在4-6℃min-1升温至300℃保温2.5-3.5h，再4-6℃min-1升温至1300℃保温2.5-3.5h的升温程序下碳化。
6.一种石墨化可控生物质碳电池负极材料，其特征在于：石墨化可控生物质碳电池负极材料由权利要求1-5中任意一项所述的种石墨化可控生物质碳电池负极材
...【技术特征摘要】
1.一种石墨化可控生物质碳电池负极材料制备方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种石墨化可控生物质碳电池负极材料制备方法，其特征在于：步骤1中，竹加工废弃物包括竹加工过程产生的边角料和加工过程中引入的杂质；
3.根据权利要求2所述的一种石墨化可控生物质碳电池负极材料制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求2所述的一种石墨化可控生物质碳电池负极材料制备方法，其特征在于，步骤2具体步骤如下：将除去非结构组分和杂质的前驱体混合，在加入氢氧化钠的弱...
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