【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及负极材料，具体涉及一种煤气化细渣基负极材料及其制备方法及应用。
技术介绍
1、由于石墨的理论容量较小，在大功率环境中的使用受到了极大的限制，在循环过程中锂离子的反复埋入和脱嵌会导致材料的体积发生改变，在低压条件下，石墨负极和电解液会产生化学反应。因此，急需研制出高容量、高循环稳定性和高安全性的锂离子电池负极材料。
2、钠离子电池作为一种新型二次电池，有着成本低、资源丰富且分布广泛等优点。另外，氧化还原反应电子得失可逆性强，且钠离子负极的工作电位略高于锂离子电池，不易形成金属枝晶，安全性更高。在大规模储能过程中人们对成本和安全性的要求更高，因此钠离子电池在电化学领域越来越受到关注。
3、2021年，宁德时代率先发布了第一代钠离子电池，电芯单体能量密度达到160whkg-1，创下全球最高水平。虽然钠离子电池即将面临产业化，但是其储能性能差、能量密度低等问题，限制了其发展。
4、申请号为202210374215.4的专利申请文件，公开了一种用煤基材料作为钠离子电池负极材料的制备方法。通过简单的混料和碳化两个步骤进行制备，在碳化过程中由于杂质的挥发导致材料形成很多的孔，有利于钠离子的扩散；在表面包覆无定形碳的过程中，降低材料的比表面积，两者协同作用使得碳负极材料容量、首效得到大幅度提高。然而，煤基材料碳化过程中挥发芳香族气体对生物有毒有害，而表面包覆一致性难以保障，不适合大规模生产。
5、申请号为202211706329.0的专利申请文件，公开了一种用煤基材料作为钠离子电池负
6、综上所述，现有技术存在的缺陷是煤基负极的电化学性能不佳，且改性成本较高，不利于大规模生产。
技术实现思路
1、为了克服以上现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提出一种煤气化细渣基负极材料及其制备方法及应用，该制备方法以煤炭气化工业的固相废弃物即煤气化渣石作为原料制备负极材料，不仅成本低、来源丰富，而且制备出的负极材料含碳量高且具有多孔结构，能显著改善电化学性能。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种煤气化细渣基负极材料，为活化煤气化细渣残碳，所述活化煤气化细渣残碳为颗粒状和片状结构，颗粒状表面有多孔结构，多孔结构尺寸为2-10um，颗粒状颗粒质地松散，由小颗粒团聚而成；
4、所述活化煤气化细渣残碳的碳材料原子结构为少层类石墨烯态，少层类石墨烯态呈无序排列，且碳材料原子结构面弯曲褶皱。
5、一种煤气化细渣基负极材料的制备方法，包括以下步骤：
6、步骤1)原料预处理：
7、将煤气化细渣球磨筛分后，得到预处理后的煤气化细渣；
8、步骤2)金属氧化物去除处理：
9、对所述预处理后的煤气化细渣进行盐酸水浴处理，得到去除金属氧化物的煤气化渣细渣；
10、步骤3)硅酸盐去除处理：
11、待去除金属氧化物的煤气化渣细渣使用去离子水洗涤至洗涤液中性后，进行氢氟酸水浴处理并洗涤至洗涤液为中性，得到残炭；
12、步骤4)高温活化处理：
13、将残碳与氢氧化钾以一定比例混合后，将混合物放入管式炉，在氮气氛围下进行高温活化处理，降温后经洗涤、抽滤、干燥得到活化煤气化细渣残碳，即煤气化细渣基负极材料。
14、所述步骤1)预处理的步骤中，球磨的球料比为10-20:1，球磨的转速为150-200rmp，球磨的时间为0.5-1小时，筛分50-75μm的预处理煤气化细渣备用。该粒径范围内碳含量最高。
15、所述步骤2)中，在搅拌条件下，将步骤1)中所得煤气化细渣使用质量浓度为10％盐酸处理，处理时间为2～6h，处理温度为60～80℃，其中，固液质量比为1:5～1:20；这样做的目的是用于充分去除原料中残存的金属氧化物杂质。
16、所述步骤3)中，在搅拌条件下，将步骤2)处理过的气化细渣用质量浓度为8％的氢氟酸进行处理，处理时间为2～6h，处理温度为60～80℃，其中，固液质量比为1:5～1:10；以充分去除原料中残存的硅酸盐杂质。
17、所述步骤4)中，残碳与氢氧化钾搅拌2-12h充分混匀，两者质量比为1:0.5～1:5，升温速率为10℃/min，活化温度为600～1000℃，保温时间为2～10h。
18、所述煤气化细渣基负极材料作为碱金属离子电池负极材料，碳材料原子结构的多孔结构具有丰富的活性位点和半开放的晶体结构，且多孔结构比表面积大，有利于碱金属离子的嵌入和脱出，从而提高电池的电化学性能。
19、本专利技术的有益效果：
20、本专利技术制备出的煤气化细渣基负极材料具有含碳量高、多孔的特点，符合电池负极材料的特点。活化煤气化细渣残碳中碳作为负极材料，具有高比容量、高电导率、良好的稳定性和低成本的优势。多孔结构可以增加材料的表面积，提高电池的储存和释放速度，也可以促进离子传输，减少离子传输过程中的阻力。
21、活化煤气化细渣残碳颗粒状表面有多孔结构，多孔结构尺寸为2-10um有利于碱金属离子的嵌入和脱出，从而提高电池的电化学性能。
22、本专利技术采用煤气化过程中产生的固体废弃物——煤气化细渣为原料，不仅有助于降低锂/钠离子电池成本，助推钠离子电池的商业化应用。
23、本专利技术制备方法的步骤1)筛分50-75μm预处理煤气化细渣，该粒径范围内碳含量最高。
24、本专利技术制备方法的步骤2)的条件用于充分去除原料中残存的金属氧化物杂质。
25、本专利技术制备方法的步骤3)的条件用于充分去除原料中残存的硅酸盐杂质。
26、综上所述，本专利技术的制备方法使用简单工艺，对其中杂质进行除杂获取碳源，并对其进行碳化，从而获得了本专利技术制备的煤气化细渣基负极材料。同时，为煤气化细渣的利用提供了变废为宝的新思路，能够减少环境污染，减少碳排放，助力绿色发展。
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1.一种煤气化细渣基负极材料，其特征在于，为活化煤气化细渣残碳，所述活化煤气化细渣残碳为颗粒状和片状结构，颗粒状表面有多孔结构，多孔结构尺寸为2-10um，颗粒状颗粒质地松散，由小颗粒团聚而成；
2.根据权利要求1所述的一种煤气化细渣基负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种煤气化细渣基负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)预处理的步骤中，球磨的球料比为10-20:1，球磨的转速为150-200rmp，球磨的时间为0.5-1小时，筛分50-75μm的预处理煤气化细渣备用。
4.根据权利要求2所述的一种煤气化细渣基负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，在搅拌条件下，将步骤1)中所得煤气化细渣使用质量浓度为10％盐酸处理，处理时间为2～6h，处理温度为60～80℃，其中，固液质量比为1:5～1:20。
5.根据权利要求2所述的一种煤气化细渣基负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，在搅拌条件下，将步骤2)处理过的气化细渣用质量浓度为8％的氢氟酸进行处理，处理时间为2～6h，处理
6.根据权利要求2所述的一种煤气化细渣基负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中，残碳与氢氧化钾搅拌2-12h充分混匀，两者质量比为1:0.5～1:5，升温速率为10℃/min，活化温度为600～1000℃，保温时间为2～10h。
7.根据权利要求1-6任一项所述煤气化细渣基负极材料的应用，其特征在于，煤气化细渣基负极材料作为碱金属离子电池负极材料，碳材料原子结构的多孔结构具有丰富的活性位点和半开放的晶体结构，且多孔结构比表面积大，有利于碱金属离子的嵌入和脱出，从而提高电池的电化学性能。
...【技术特征摘要】
1.一种煤气化细渣基负极材料，其特征在于，为活化煤气化细渣残碳，所述活化煤气化细渣残碳为颗粒状和片状结构，颗粒状表面有多孔结构，多孔结构尺寸为2-10um，颗粒状颗粒质地松散，由小颗粒团聚而成；
2.根据权利要求1所述的一种煤气化细渣基负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种煤气化细渣基负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)预处理的步骤中，球磨的球料比为10-20:1，球磨的转速为150-200rmp，球磨的时间为0.5-1小时，筛分50-75μm的预处理煤气化细渣备用。
4.根据权利要求2所述的一种煤气化细渣基负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，在搅拌条件下，将步骤1)中所得煤气化细渣使用质量浓度为10％盐酸处理，处理时间为2～6h，处理温度为60～80℃，其中，固液质量比为1:5～1:...
【专利技术属性】
技术研发人员：许云华，杨景慧，燕映霖，黄静雯，任聪聪，王欢喜，白海强，白靖，刘建勃，杨蓉，
申请(专利权)人：榆林学院，
类型：发明
国别省市：
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