【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种核桃青皮基硬碳及其制备方法、极片、应用。
技术介绍
1、生物质作为可再生资源，其丰富的多样性和广泛的来源使其成为未来能源领域的重要角色。生物质不仅来源于城市、家庭、农业和林业等各个领域的废物，还包括树木、植物、藻类等自然资源。在全球能源需求日益增长的背景下，生物质资源的开发利用显得尤为重要。生物质主要由纤维素、半纤维素(长链和短链多糖)以及木质素(一种复杂的酚醛聚合物)三种基本成分构成。这些成分中，碳含量高达60％以上，使得生物质成为钠离子电池硬碳负极的理想前驱体。当植物组织经过碳化处理时，会形成具有3d结构的硬碳，这种结构为电解质提供了进入内部的通道，并在生成的硬碳中提供了更多的钠通道和存储位点。特别值得一提的是，当植物细胞壁保留时，会出现一种被称为蜂窝状结构的图案。这种结构在生物质中充当了电解质的传输通道，为钠离子的脱嵌提供了便利。例如，松花粉、麦秆、杨木、软木和杏壳等生物质材料，都具有这种独特的蜂窝状结构，使得它们在钠离子电池负极材料领域具有广阔的应用前景。
2、在中国，核桃作为一种重要的木本油料作物，其种植面积和产量均居世界首位，年总产量超过300万吨。然而，核桃青皮作为核桃的外果皮，在收获过程中常常被当作农作物废料丢弃。随着对可持续资源利用的关注增加，核桃青皮作为一种潜在的硬碳原料逐渐引起了研究者的兴趣。然而，核桃青皮基硬碳作为钠离子电池负极材料，面临首次库伦效率低、容量小(<300mah/g)和平台容量偏小的问题。其原因在于核桃青皮中含有复杂的化学成分，如纤维素、木质素和有机酸，这
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中核桃青皮基硬碳作为钠离子电池负极材料的首次库伦效率低、容量低(<300mah/g)以及平台容量偏小的缺陷，提供一种核桃青皮基硬碳及其制备方法、极片、应用。本专利技术的核桃青皮基硬碳的制备方法对核桃青皮粉末进行炭化预处理，酸碱处理，在与石墨舟接触和高温炭化处理产生的晶相外延作用下，显著提高了核桃青皮基硬碳的比表面积和石墨化程度，成功制备出了具有高首次库伦效率、大容量和优异倍率性能的核桃青皮基硬碳，为核桃青皮基硬碳在钠离子电池极片材料中的应用提供了良好的基础。
2、本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
3、本专利技术提供了一种核桃青皮基硬碳的制备方法，其包括如下步骤：
4、将核桃青皮经炭化预处理、碱处理和酸处理后，与石墨舟接触进行炭化；
5、所述炭化的终点温度为1500℃-1600℃；
6、所述炭化的保温时间为1h-5h。
7、作为优选，所述核桃青皮为经粉碎处理、筛分处理或干燥处理中的一项或多项处理后的核桃青皮。
8、进一步优选，所述粉碎的设备为破壁机。
9、进一步优选，所述粉碎处理后所得产品的中位粒径d50为35μm-45μm，例如40μm。
10、进一步优选，所述筛分处理中所用筛网的目数为250目-350目，例如300目。
11、本方案中，将核桃青皮粉碎至d50为35μm-45μm的粒径，并通过筛网进一步筛分，使得原料更加均匀，有助于后续炭化过程中的结构均匀性，提升了电池的容量和循环稳定性。
12、进一步优选，所述干燥处理的设备为鼓风机。
13、进一步优选，所述干燥处理的温度为80℃-120℃。
14、进一步优选，所述干燥处理的时间为6h-24h，例如12h。
15、作为优选，所述炭化预处理的装置为管式气氛炉。
16、作为优选，所述炭化预处理的过程中，所述核桃青皮的承载容器为氧化铝瓷舟。
17、作为优选，所述炭化预处理的终点温度为450℃-750℃，较佳地为500℃-600℃。
18、作为优选，所述炭化预处理的气氛为空气。
19、作为优选，从常温升至所述炭化预处理的终点温度的升温速率为1℃/min-10℃/min，进一步优选为2℃/min-5℃/min。
20、作为优选，所述炭化预处理的保温时间为1h-10h，进一步优选为2h-4h。
21、本方案中，通过对核桃青皮进行炭化预处理，能够显著提高硬碳的比表面积及石墨化程度。炭化温度设定在450℃-750℃，并通过缓慢升温1℃/min-10℃/min控制其石墨化过程，能够有效减少原料中的杂质，从而提高硬碳的纯度和稳定性。
22、作为优选，所述碱处理中，碱性溶液的浓度为1m-5m。
23、进一步优选，所述碱性溶液的浓度为1m-2m。
24、进一步优选，所述碱性溶液为氢氧化钠或氢氧化钾。
25、作为优选，所述碱处理的温度为50℃-90℃，进一步优选为50-60℃。
26、作为优选，所述碱处理的时间为1h-5h，进一步优选为4h-5h。
27、作为优选，所述酸处理中，酸性溶液的浓度为1m-5m。
28、进一步优选，所述酸性溶液的浓度为2m-3m。
29、进一步优选，所述酸性溶液为盐酸或硫酸。
30、本专利技术中，所述酸处理的温度为本领域常规的温度，例如常温。
31、作为优选，所述酸处理的时间为1h-6h，进一步优选为5h-6h。
32、作为优选，所述炭化的装置为管式气氛炉。
33、作为优选，所述炭化的终点温度为1550℃-1600℃。
34、作为优选，所述炭化的气氛为惰性气氛，进一步优选为氩气。
35、作为优选，从常温升至所述炭化的终点温度的升温速率为1℃/min-8℃/min，进一步优选为2℃/min-5℃/min。
36、作为优选，所述炭化的保温时间为2h-3h。
37、本专利技术还提供了一种如前所述的核桃青皮基硬碳的制备方法制备得到的核桃青皮基硬碳。
38、本专利技术还提供了一种极片，其包括如前所述的核桃青皮基硬碳。
39、本专利技术还提供了一种如前所述的极片在电化学装置中的应用。
40、本专利技术的积极进步效果在于：
41、(1)本专利技术的核桃青皮基硬碳的制备方法通过一系列优化工艺，显著提升了核桃青皮基硬碳的质量和性能。采用炭化预处理、酸碱处理，之后的石墨舟接触式的高温炭化的工艺，石墨舟和高温炭化共同产生的晶相外延作用显著提升了核桃青皮基硬碳的比表面积和石墨化程度。这样的优化使得最终获得的核桃青皮基硬碳具有更高的电化学性能，能够在钠离子电池中发挥更好的作用。
42、(2)通过改进制备工艺，本专利技术显著提升了核桃青皮基硬碳的首次库伦效率和容量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种核桃青皮基硬碳的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种核桃青皮基硬碳的制备方法，其特征在于，所述核桃青皮为经粉碎处理、筛分处理或干燥处理中的一项或多项处理后的核桃青皮。
3.如权利要求2所述的一种核桃青皮基硬碳的制备方法，其特征在于，所述粉碎的设备为破壁机；
4.如权利要求1所述的一种核桃青皮基硬碳的制备方法，其特征在于，所述炭化预处理的装置为管式气氛炉；
5.如权利要求1所述的一种核桃青皮基硬碳的制备方法，其特征在于，所述碱处理中，碱性溶液的浓度为1M-5M；
6.如权利要求1所述的一种核桃青皮基硬碳的制备方法，其特征在于，所述酸处理中，酸性溶液的浓度为1M-5M；
7.如权利要求1所述的一种核桃青皮基硬碳的制备方法，其特征在于，所述炭化的装置为管式气氛炉；
8.一种如权利要求1-7任一项所述的核桃青皮基硬碳的制备方法制备得到的核桃青皮基硬碳。
9.一种极片，其特征在于，其包括如权利要求8所述的核桃青皮基硬碳。
10.一种如权利要求9所
...【技术特征摘要】
1.一种核桃青皮基硬碳的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的一种核桃青皮基硬碳的制备方法，其特征在于，所述核桃青皮为经粉碎处理、筛分处理或干燥处理中的一项或多项处理后的核桃青皮。
3.如权利要求2所述的一种核桃青皮基硬碳的制备方法，其特征在于，所述粉碎的设备为破壁机；
4.如权利要求1所述的一种核桃青皮基硬碳的制备方法，其特征在于，所述炭化预处理的装置为管式气氛炉；
5.如权利要求1所述的一种核桃青皮基硬碳的制备方法，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐函宇，范拯华，
申请(专利权)人：上海杉杉新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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