【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于硬碳，具体涉及一种竹基和木质素基硬碳复合材料、制备方法及应用。
技术介绍
1、当前，钠离子电池技术的发展正处于快速演进和创新的阶段。得益于钠离子电池的低成本、长循环、快充电、友好环境、优异的高低温性能和安全性能等优势，钠离子电池整体向着低成本、高密度、长寿命方向不断发展。尽管钠离子电池拥有诸多优势，但钠离子电池相对于锂离子电池的能量密度更低，大约为160wh/kg，仅为磷酸铁锂电池的三分之二，这意味着，钠离子电池在相同重量或体积下存储的能量更少，从而为钠电汽车提供更短的续航里程。
2、钠离子电池能量密度低的主要原因是：钠离子拥有更大的离子半径，影响反应过程中相的稳定性、离子运输及扩散较慢；钠离子的质荷比较大，降低材料的理论质量比容量；钠具有较高的标准电极电势。鉴于以上原因，可通过优化电池结构和材料的能量密度来提升钠离子电池的能量密度。钠离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜四部分结构组成，其中正极和负极材料的结构和性能决定着整个电池的储钠性能，而负极材料在电池总质量中约占16％，对电池的能量密度有重要影响，而能量密度最终体现为电池的储钠容量。由于负极材料的压实密度越大，单位体积内能放的活性物质的质量越大，电池的容量和能量密度越高。
3、因此，通过设计一种低成本、高压实负极材料的方法来提高硬碳负极材料的容量尤为重要。
技术实现思路
1、本专利技术的第一个目的是提供一种竹基包覆的硬碳的制备方法，本专利技术的第二个目的是提供一种木质素基包覆的硬碳的制
2、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种竹基包覆的硬碳的制备方法，包括如下步骤，
4、将原料进行预处理，得到预处理料；所述原料包含竹基生物质原料；
5、将预处理料经过酸性氧化剂预处理，得到酸性氧化剂预处理料；
6、将酸性氧化剂预处理料预氧化，得到预氧化料；
7、将预氧化料在保护气氛下进行预碳化，得到预碳化料；
8、将预碳化料进行粉碎，得到粉碎料；
9、将粉碎料先经过酸洗后水洗，得到纯化料；
10、将纯化料经过酸浸泡后，过滤烘干，得到浸泡后的料；所述酸浸泡的酸包括磷酸；
11、将浸泡后的料与改性剂混合均匀，然后在保护气氛下，进行高温包覆碳化，得到竹基包覆的硬碳。
12、第二方面，本专利技术提供一种木质素基包覆的硬碳的制备方法，包括如下步骤，
13、将原料进行预处理，得到预处理料；所述原料包含木质素基生物质原料；
14、将预处理料经过酸性氧化剂预处理，得到酸性氧化剂预处理料；
15、将酸性氧化剂预处理料预氧化，得到预氧化料；
16、将预氧化料在保护气氛下进行预碳化，得到预碳化料；
17、将预碳化的料进行粉碎，得到粉碎料；
18、将粉碎料先经过酸洗后水洗，得到纯化料；
19、将纯化料经过酸浸泡后，过滤烘干，得到浸泡后的料；所述酸浸泡的酸包括磷酸；
20、将浸泡后的料与改性剂混合均匀，然后在保护气氛下，进行高温包覆碳化，得木质素基包覆的硬碳。
21、第三方面，本专利技术提供一种竹基和木质素基硬碳复合材料的制备方法，包括如下步骤，分别制备竹基包覆的硬碳和木质素基包覆的硬碳，将竹基包覆的硬碳和木质素基包覆的硬碳混合后碳包覆得到竹基和木质素基硬碳复合材料；
22、所述竹基包覆的硬碳为前述一种竹基包覆的硬碳的制备方法制备得到；
23、所述木质素基包覆的硬碳为前述一种木质素基包覆的硬碳的制备方法制备得到。
24、于本专利技术的一实施例中，所述原料包含竹材、木材中的至少一种。
25、于本专利技术的一实施例中，制备竹基包覆的硬碳时和制备木质素基包覆的硬碳时，预处理的参数都包括：将原料用水清洗干净，然后放入干燥箱干燥，干燥箱的干燥温度为60～120℃，干燥时间为4～24h。
26、于本专利技术的一实施例中，制备竹基包覆的硬碳时和制备木质素基包覆的硬碳时，将预处理料经过酸性氧化剂预处理的参数都包括：将预处理料和酸性氧化剂在60～100℃下反应4～12h，所述酸性氧化剂包括氧化剂和酸，所述氧化剂包括过氧化氢、过氧乙酸、臭氧中的至少一种，其中，所述氧化剂的浓度为1～5％，酸包括甲酸、乙酸中的至少一种，酸的浓度为0.5～2％，所述预处理料和所述酸性氧化剂的固液质量比为1：1.2～5。
27、于本专利技术的一实施例中，制备竹基包覆的硬碳时和制备木质素基包覆的硬碳时，将酸性氧化剂预处理料预氧化，得到预氧化料的参数都包括：温度为200～350℃，预氧化时间为3～5h。
28、于本专利技术的一实施例中，制备竹基包覆的硬碳时和制备木质素基包覆的硬碳时，将预氧化料在保护气氛下进行预碳化，得到预碳化料的的参数都包括：升温速率为2～10℃/min，预碳化温度为200～800℃，保温时间为1～3h，预碳化在回转炉中进行，所述保护气氛包括氮气、氩气、氦气中的至少一种。
29、于本专利技术的一实施例中，制备竹基包覆的硬碳时和制备木质素基包覆的硬碳时，将预碳化料进行粉碎，得到粉碎料的参数都包括：所述粉碎采用的设备包括机械粉碎机、辊压磨粉碎机、气流粉碎机中的至少一种，所述粉碎料的粒度d50控制在3～10um。
30、于本专利技术的一实施例中，制备竹基包覆的硬碳时和制备木质素基包覆的硬碳时，将粉碎料先经过酸洗后水洗，得到纯化料的参数都包括：所述酸洗的酸包括盐酸、硝酸、氢氟酸、硫酸中的至少两种；所述酸洗的酸浓度为20～50％，酸洗的反应温度为60～100℃，酸洗的固液质量比为1：0.7～5.5，酸洗的时间为4～24h；所述水洗过程包括：多次去离子水洗涤至滤液接近中性，然后抽滤烘干，烘干温度为60～120℃，烘干时间为6～24h。
31、于本专利技术的一实施例中，制备竹基包覆的硬碳时和制备木质素基包覆的硬碳时，将纯化后的料浸泡到磷酸溶液中，得到浸泡后的料的参数都包括：所述磷酸的浓度为3～30％，浸泡时间为3～24h，固液质量比为1：1.2～3；浸泡的同时进行搅拌，浸泡完后抽滤干燥，干燥的温度为60～120℃，干燥时间为4～24h。
32、于本专利技术的一实施例中，制备竹基包覆的硬碳时和制备木质素基包覆的硬碳时，将浸泡后的料与改性剂混合均匀，然后在保护气氛下，进行高温包覆碳化的参数都包括：所述改性剂包括沥青、树脂中的至少一种，所述改性剂质量占所述浸泡后的料质量的1～10wt％；混合时间为0.5～3h。
33、高温包覆碳化为高本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种竹基包覆的硬碳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，
2.一种木质素基包覆的硬碳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，
3.一种竹基和木质素基硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，分别制备竹基包覆的硬碳和木质素基包覆的硬碳，将竹基包覆的硬碳和木质素基包覆的硬碳混合后碳包覆得到竹基和木质素基硬碳复合材料；
4.根据权利要求3所述的竹基和木质素基硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述原料包含竹材、木材中的至少一种；
5.根据权利要求3所述的竹基和木质素基硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，制备竹基包覆的硬碳时和制备木质素基包覆的硬碳时，将预处理料经过酸性氧化剂预处理的参数都包括：将预处理料和酸性氧化剂在60～100℃下反应4～12h，所述酸性氧化剂包括氧化剂和酸，其中，所述氧化剂包括过氧化氢、过氧乙酸、臭氧中的至少一种，所述氧化剂的浓度为1～5％，酸包括甲酸、乙酸中的至少一种，酸的浓度为0.5～2％，所述预处理料和所述酸性氧化剂的固液质量比为1：1.2～5；
6.根据权利要求3所述的竹基和木质素基硬碳复
7.根据权利要求3所述的竹基和木质素基硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，制备竹基包覆的硬碳时和制备木质素基包覆的硬碳时，将粉碎料先经过酸洗后水洗，得到纯化料的参数都包括：所述酸洗的酸包括盐酸、硝酸、氢氟酸、硫酸中的至少两种；所述酸洗的酸浓度为20～50％，酸洗的反应温度为60～100℃，酸洗的固液质量比为1：0.7～5.5，酸洗的时间为4～24h；所述水洗过程包括：多次去离子水洗涤至滤液接近中性，然后抽滤烘干，烘干温度为60～120℃，烘干时间为6～24h；
8.根据权利要求3所述的竹基和木质素基硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，将竹基包覆的硬碳和木质素基包覆的硬碳混合后碳包覆得到竹基和木质素基硬碳复合材料时，将竹基包覆的硬碳和木质素基包覆的硬碳混合后加入到CVD碳包覆设备，然后通入碳源和保护气体，升温，保温，冷却，得到竹基和木质素基硬碳复合材料；
9.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片采用竹基和木质素基硬碳复合材料作为电池负极材料的活性物质，所述竹基和木质素基硬碳复合材料为权利要求3～8任一项所述的竹基和木质素基硬碳复合材料的制备方法制得。
10.一种电池，其特征在于，此电池为钠离子电池，所述钠离子电池包括负极、正极、隔膜、电解液，所述负极包括权利要求9所述的负极极片，在0.1C电流密度下进行充放电测试，所述钠离子电池的首次充电比容量大于330mAh/g，首次库伦效率大于90％。
...【技术特征摘要】
1.一种竹基包覆的硬碳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，
2.一种木质素基包覆的硬碳的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，
3.一种竹基和木质素基硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，分别制备竹基包覆的硬碳和木质素基包覆的硬碳，将竹基包覆的硬碳和木质素基包覆的硬碳混合后碳包覆得到竹基和木质素基硬碳复合材料；
4.根据权利要求3所述的竹基和木质素基硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述原料包含竹材、木材中的至少一种；
5.根据权利要求3所述的竹基和木质素基硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，制备竹基包覆的硬碳时和制备木质素基包覆的硬碳时，将预处理料经过酸性氧化剂预处理的参数都包括：将预处理料和酸性氧化剂在60～100℃下反应4～12h，所述酸性氧化剂包括氧化剂和酸，其中，所述氧化剂包括过氧化氢、过氧乙酸、臭氧中的至少一种，所述氧化剂的浓度为1～5％，酸包括甲酸、乙酸中的至少一种，酸的浓度为0.5～2％，所述预处理料和所述酸性氧化剂的固液质量比为1：1.2～5；
6.根据权利要求3所述的竹基和木质素基硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，制备竹基包覆的硬碳时和制备木质素基包覆的硬碳时，将预氧化料在保护气氛下进行预碳化，得到预碳化料的参数都包括：升温速率为2～10℃/min，预碳化温度为200～800℃，保温时间为1～3h，预碳化在回转炉中进行，所述保护气氛包括氮气、氩气、氦气中的...
【专利技术属性】
技术研发人员：李平，莫大幸，刘正，王宪，王熠，
申请(专利权)人：福建容钠新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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