[發明專利]一種硬碳的制備方法及應用

在審

• 申請號: 202010986133.6
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112062120A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發明（設計）人: 邢偉;邱智健;李彬
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發明涉及電池材料技術領域，尤其涉及一種硬碳的制備方法及應用。本發明提供的制備方法，包括以下步驟：將生物質廢料粉末進行鹽浸，得到鹽浸后的生物質廢料粉末；將所述鹽浸后的生物質廢料粉末依次進行第一碳化、球磨和第二碳化，得到所述硬碳。本發明先將生物質廢料粉末進行鹽浸使所述生物質廢料粉末中帶有鹽離子，且所述鹽離子在后續的第二碳化過程中會改變碳的微觀結構，進而影響硬碳的性能，通過兩步碳化過程是為了保證經過第一碳化可以形成初步的碳結構和去除所述生物質中的焦油類物質，便于后續的球磨過程中對生物質廢料粉末尺寸的相對可控性，經過第二碳化可以保證形成更加穩定的碳結構。

技術領域

本發明涉及電池材料技術領域，尤其涉及一種硬碳的制備方法及應用。

背景技術

地球上存在各種能源，包括化石能源、地熱能、風能、水能和太陽能等。我們可以從這些資源中產生可供人類使用的能量，但是為了更加方便地使用這些能量，就需要高效的電能儲存系統、鋰(Li)是最輕的金屬元素，離子半徑小，具有許多電化學優勢，例如高能量密度，高功率密度以及寬范圍的工作溫度和良好的工作壽命。因此，基于鋰離子的電能儲存系統具有廣闊的應用前景。

無論何種基于鋰離子的電能儲存系統(鋰離子電池、鋰離子電容器等)都會在負極材料上依靠鋰離子的儲存達到儲存電荷的目的，從而實現電能的儲存。目前，最常用的負極材料是石墨，但石墨存在著電壓平臺低、理論容量低、倍率性能差的缺點，并且傳統的石墨的制備方法繁瑣，成本高和技術要求含量高。而硬碳材料在一定程度上彌補了石墨的電壓平臺低、理論容量低和倍率性能差的缺點，因此具有很大的研究潛力。但是，目前市售的硬碳材料的循環比容量和倍率性能仍然不太理想，并且成本較高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種硬碳的制備方法及應用，所述制備方法成本低，且制備得到的硬碳具有優異的電化學性能。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種硬碳的制備方法，包括以下步驟：

將生物質廢料粉末進行鹽浸，得到鹽浸后的生物質廢料粉末；

將所述鹽浸后的生物質廢料粉末依次進行第一碳化、球磨和第二碳化，得到所述硬碳。

優選的，所述生物質廢料粉末的生物質廢料為果殼和/或廢木材；

所述果殼為核桃殼、椰殼、夏威夷果殼、開心果殼、杏仁殼、榛子殼、松子殼、腰果殼、白果殼、碧根果殼和巴旦木殼中的一種或幾種；

所述廢木材為樺樹木、黃楊樹木、柳樹木、硬楓樹木和桃樹木中的一種或幾種。

優選的，所述鹽浸采用的鹽溶液中鹽的濃度為(0～1.5)mol/L，且所述鹽溶液中鹽的濃度不為0；

所述鹽溶液包括碳酸鉀溶液、氯化鉀溶液、氯化鋅溶液、硝酸鈷溶液或硝酸鎳溶液。

優選的，所述第一碳化的溫度為350～600℃，時間為60～180min；

升溫至所述第一碳化的溫度的升溫速度為5～15℃/min。

優選的，所述球磨的轉速為400～900rpm，所述球磨的時間為30～180min。

優選的，所述球磨采用的磨球包括直徑為3mm的磨球和直徑為10mm的磨球；

所述直徑為3mm的磨球和直徑為10mm的磨球的個數比為(1～5)：1。

優選的，所述第二碳化的溫度為800～1200℃，時間為30～120min；

升溫至所述第二碳化的溫度的升溫速度為5～15℃/min。

優選的，所述第二碳化完成后，還包括將所得產物進行酸洗；