[發(fā)明專(zhuān)利]一種硬碳材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010517188.2
• 申請(qǐng)日: 2020-06-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111564630B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜春海;王丕;高藝嬪;鄒智敏;楊冰清
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廈門(mén)理工學(xué)院
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/587
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/587;H01M10/054;C01B32/205;C01B32/215;C07H17/07;C07H1/08
• 代理公司: 廈門(mén)市精誠(chéng)新創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 35218
• 代理人: 汪萬(wàn)龍

1.一種硬碳材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1）：將橙皮水洗、切碎，置于水熱反應(yīng)釜中，加入適量水，在密封條件下水熱反應(yīng)一定時(shí)間，以回收橙皮中的橙皮苷，然后冷卻、搗碎、過(guò)濾、清洗、冷凍干燥，通過(guò)冷凍干燥得到蓬松狀態(tài)的碳前體；所述冷凍干燥是在冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行，冷凍溫度為-55℃以下，冷凍時(shí)間為24~36h，通過(guò)冷凍干燥使得橙皮中的網(wǎng)狀組織得以保持形態(tài)，從而獲得蓬松狀態(tài)的碳前體；

步驟2）：加熱步驟1）得到的碳前體，進(jìn)行預(yù)炭化處理，預(yù)炭化的溫度為210~290℃，預(yù)炭化的時(shí)間為2~12小時(shí)；

步驟3）：將預(yù)炭化后的碳前體在保護(hù)性氣氛下進(jìn)行高溫?zé)峤馓幚恚凰龅母邷責(zé)峤鉁囟葹?300~1500℃，保溫時(shí)間為1~5小時(shí)，升溫速率為3~5℃/分鐘；

步驟4）：將步驟3）所得產(chǎn)物用酸溶液洗滌，再用清水沖洗至中性，然后干燥，得到所述硬碳材料，所述硬碳材料為顆粒大小均勻的黑色粉末，粒徑范圍為0.5~5μm；其中石墨化的無(wú)定型碳含量低于5wt%，短程有序的石墨含量高于95wt%，短程有序的石墨層間距為0.3-0.5nm。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述硬碳材料的制備方法，其特征在于：步驟1）中所述橙皮為臍橙、冰橙、甜橙、柑橘中的一種或幾種橙類(lèi)水果的果皮。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述硬碳材料的制備方法，其特征在于：所述橙皮為新鮮的橙皮。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述硬碳材料的制備方法，其特征在于：步驟1）所述水熱反應(yīng)在150~180℃下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為4~8小時(shí)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述硬碳材料的制備方法，其特征在于：步驟2）所述預(yù)炭化在馬弗爐中、空氣氣氛下進(jìn)行。

6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述硬碳材料的制備方法，其特征在于：步驟3）中所述保護(hù)性氣氛為高純氮?dú)饣蛘邭鍤饣蛘叨呋旌稀?/p>

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述硬碳材料的制備方法，其特征在于：步驟4）中所述酸溶液是鹽酸、硝酸、硫酸、氫氟酸的水溶液中的任一種，濃度為0.1~1mol/L。

8.運(yùn)用權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述硬碳材料的制備方法，制備得到的硬碳材料，其特征在于：所述硬碳材料為顆粒大小均勻的黑色粉末，粒徑范圍為0.5~5μm，其中石墨化的無(wú)定型碳含量低于5wt%，短程有序的石墨含量高于95wt%，短程有序的石墨層間距為0.3-0.5nm。

9.一種鈉離子電池負(fù)極材料，包括活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，其特征在于：所述活性材料為權(quán)利要求8所述硬碳材料，所述鈉離子電池負(fù)極材料直接涂裝在集流片上形成電極。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述鈉離子電池負(fù)極材料，其特征在于：所述鈉離子電池負(fù)極材料在2 A/g時(shí)的儲(chǔ)鈉比容量最高達(dá)到90mAh/g，在0.5 A/g倍率下循環(huán)500次后的儲(chǔ)鈉比容量仍然保持在200mAh/g以上。