[發(fā)明專(zhuān)利]一種對(duì)甘蔗渣進(jìn)行快速炭化的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211567677.4
• 申請(qǐng)日: 2022-12-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116495718A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧健秋;葛猛;姚青榮;劉鵬;王鳳;龍乾新
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B32/05
• 分類(lèi)號(hào): C01B32/05;H01M4/133;H01M10/054
• 代理公司: 東臺(tái)金誠(chéng)石專(zhuān)利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32482
• 代理人: 吳少均

本發(fā)明公開(kāi)了一種對(duì)甘蔗渣進(jìn)行快速炭化的方法，涉及炭化材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將甘蔗渣粉末先進(jìn)行低溫炭化處理，然后利用微波燒結(jié)爐或放電等離子燒結(jié)爐進(jìn)行高溫炭化處理，從而獲得一種硬炭材料。本發(fā)明不僅能夠縮短炭化時(shí)間，同時(shí)還能顯著提高炭化材料的電化學(xué)性能，使得利用該硬炭材料制成的負(fù)極具有優(yōu)異的充放電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電極材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種對(duì)甘蔗渣進(jìn)行快速炭化的方法。

背景技術(shù)

鈉離子電池憑借鈉資源儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉、安全性高等優(yōu)勢(shì)，引起了廣泛關(guān)注和研究，成為最有希望用于大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的一項(xiàng)電池技術(shù)。

現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，正極材料如聚陰離子化合物和層狀氧化物因其制備簡(jiǎn)單、能量密度高而成功地應(yīng)用于鈉離子電池。制約鈉離子電池技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要因素是缺少合適的負(fù)極材料。目前常用的負(fù)極材料包括金屬氧化物、硫化物、磷化物、金屬合金和有機(jī)材料，均存在循環(huán)性能差、體積膨脹大、庫(kù)侖效率低等問(wèn)題，限制了其在鈉離子電池中的應(yīng)用。

硬炭具有來(lái)源廣泛以及低成本等優(yōu)勢(shì)，因此提高硬炭材料的電化學(xué)儲(chǔ)能，并將硬炭作為鈉離子電池負(fù)極材料，可有望解決鈉離子電池負(fù)極材料成本高以及循環(huán)性能差等問(wèn)題。

甘蔗渣是一種豐富的農(nóng)業(yè)廢棄的副產(chǎn)品，常常被大量遺棄或燒毀，造成資源浪費(fèi)和空氣污染。甘蔗渣中半纖維素、木質(zhì)素和纖維素的高含量使其成為制備硬炭材料的合適碳源，將甘蔗渣制成硬炭材料，不僅可以有效節(jié)約資源，還可以避免環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)變廢為寶的目的。但是傳統(tǒng)硬炭加工方法存在周期長(zhǎng)且能耗高，以及制備的硬炭材料電化學(xué)性能不穩(wěn)定，因此利用甘蔗渣制成一種性能優(yōu)良且成本低的鈉離子電池負(fù)極材料用的硬炭材料是目前行業(yè)研究的熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)甘蔗渣進(jìn)行快速炭化的方法，該方法是利用微波燒結(jié)(MS)或放電等離子體燒結(jié)(SPS)技術(shù)，對(duì)甘蔗渣進(jìn)行高溫炭化，該炭化的加熱速度快、加熱均勻，同時(shí)還具有易控制、節(jié)能高效、無(wú)毒綠色等特點(diǎn)。本發(fā)明不僅能夠縮短炭化周期，同時(shí)還能夠有效調(diào)節(jié)硬炭材料的結(jié)構(gòu)，獲得優(yōu)異的儲(chǔ)鈉性能。

本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種對(duì)甘蔗渣進(jìn)行快速炭化的方法，包括以下步驟：

(1)將甘蔗渣粉末在惰性氣氛保護(hù)下升溫至350～480℃，進(jìn)行低溫炭化處理，得到中間產(chǎn)物；

(2)將中間產(chǎn)物置于微波燒結(jié)爐或放電等離子體燒結(jié)爐中，在惰性氣氛保護(hù)下升溫至900～1500℃進(jìn)行高溫炭化處理，冷卻后得到硬炭材料。

優(yōu)選的，步驟(1)或(2)所述的惰性氣氛為氮?dú)饣驓鍤狻?/p>

優(yōu)選的，步驟(1)的升溫速率為10～15℃/min，低溫炭化的時(shí)間為1～5h。

優(yōu)選的，步驟(2)中微波燒結(jié)爐的燒結(jié)功率為500～2000W，高溫炭化時(shí)間為30～100min。

優(yōu)選的，步驟(2)放電離子體燒結(jié)爐的升溫速率50～250℃/min，高溫炭化時(shí)間為10～20min。

本發(fā)明另一目的是提供了一種硬質(zhì)材料，其是利用本發(fā)明的上述方法制備而成。本發(fā)明的硬質(zhì)材料可以作為鈉離子電池負(fù)極材料進(jìn)行使用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

本發(fā)明提供了一種對(duì)甘蔗渣進(jìn)行快速炭化的方法，該方法不僅能夠縮短炭化時(shí)間，同時(shí)還能顯著提高炭化材料的電化學(xué)性能，使得利用該硬質(zhì)材料制成的負(fù)極材料具有優(yōu)異的充放電性能。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例1制備的硬炭材料的XRD圖；

圖2為實(shí)施例1制備的硬炭材料的SEM圖；

圖3為實(shí)施例1制備的鈉離子電池負(fù)極的充放電曲線圖；