高首效高比容生物质硬碳及其酸法预处理制备方法及钠离子电池与流程

本发明涉及钠离子电池领域，具体涉及一种高首效高比容生物质硬碳及其酸法预处理制备方法及钠离子电池。

背景技术：

1、随着电池产业的快速发展，电池市场对二次电池的需求高速增长。钠离子电池最早在20世纪80年代初出现，随后由于锂离子电池的性能更为优异，钠离子电池的研究一度停滞。2010年后，随着动力电池领域的需求越来越大导致锂离子电池的材料供不应求，室温钠离子电池的研究重新兴起。

2、钠离子电池负极材料目前的成本还相对较高；目前硬碳前驱体有生物质前驱体、糖类前驱体、合成树脂前驱体、沥青前驱体，相比于合成树脂等前驱体，农林废弃物等生物质材料(椰壳、秸秆、玉米芯等)中碳元素比例较高，并且原料来源广，价格低，是制备硬碳的优异材料。

3、然而，目前的高首效高比容生物质硬碳的技术相对较差，存在应用于钠离子电池后首次库伦效率低、容量低的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明提出一种高首效高比容生物质硬碳及其酸法预处理制备方法，旨在解决目前的高首效高比容生物质硬碳的技术相对较差，存在应用于钠离子电池后首次库伦效率低、容量低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提出一种高首效高比容生物质硬碳，包括以下步骤：

3、将生物质原料切割、洗涤，得到破碎的生物质原料；

4、将所述破碎的生物质原料放置于溶液中蒸煮，蒸煮结束后进行洗涤干燥、高温碳化，得到高首效高比容生物质硬碳；

5、其中，所述溶液的ph不高于6.8。

6、可选地，所述破碎的生物质原料长度不超过30mm。

7、可选地，所述溶液包括水、mghso3、nahso3、ca(hso3)2、h2so3、hcl中的至少一种。

8、可选地，所述蒸煮的温度为120℃～180℃、升温时间为1h～1.5h、保温时间为0.5h～1h、压力为不超过0.8mpa。

9、可选地，所述生物质原料与所述溶液的质量比为1:(4～8)。

10、可选地，所述高温碳化在1300℃～1800℃的惰性气氛中进行，碳化时间为1h～5h。

11、为了实现上述目的，本发明还提出一种高首效高比容生物质硬碳，由上述方法制备得到，所述高首效高比容生物质硬碳包括微孔，所述微孔的孔道直径小于1μm。

12、为了实现上述目的，本发明还提出一种钠离子电池，包括上述的高首效高比容生物质硬碳。

13、可选地，所述钠离子电池的制备方法包括：

14、将制备得到的高首效高比容生物质硬碳、导电添加剂和粘结剂混合均匀后涂覆于铝箔集流体上，干燥后裁切，得到负极片；

15、将负极片与其余电池部件组装，得到钠离子电池。

16、可选地，所述高首效高比容生物质硬碳、所述导电添加剂和所述粘结剂的质量比为(93％～96％)：(2％～3％)：(2％～4％)。

17、本发明的有益效果：生物质原料中含有较多无结晶区的半纤维素，这使得高结晶区的纤维素含量相对较小，本发明采用蒸煮预处理生物质，再经高温烧制工艺制备高首效高比容生物质硬碳，在生物质高温碳化前通过蒸煮预处理除去生物质中无结晶区的半纤维素及部分木质素，同时高结晶区的纤维素有利于形成闭孔结构，能够提升高温碳化闭孔含量提高硬碳储钠性能，进而提高高首效高比容生物质硬碳作为负极的钠离子电池的首次库伦效率和比容量。

技术特征：

1.一种高首效高比容生物质硬碳的酸法预处理制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的高首效高比容生物质硬碳的酸法预处理制备方法，其特征在于，所述破碎的生物质原料长度不超过30mm。

3.如权利要求1所述的高首效高比容生物质硬碳的酸法预处理制备方法，其特征在于，所述溶液包括水、mghso3、nahso3、ca(hso3)2、h2so3、hcl中的至少一种。

4.如权利要求1所述的高首效高比容生物质硬碳的酸法预处理制备方法，其特征在于，所述蒸煮的温度为120℃～180℃、升温时间为1h～1.5h、保温时间为0.5h～1h、压力为不超过0.8mpa。

5.如权利要求1所述的高首效高比容生物质硬碳的酸法预处理制备方法，其特征在于，所述生物质原料与所述溶液的质量比为1:(4～8)。

6.如权利要求1所述的高首效高比容生物质硬碳的酸法预处理制备方法，其特征在于，所述高温碳化在1300℃～1800℃的惰性气氛中进行，碳化时间为1h～5h。

7.一种高首效高比容生物质硬碳，其特征在于，所述高首效高比容生物质硬碳由如权利要求1～6中任意一项所述的酸法预处理制备方法制备得到，所述高首效高比容生物质硬碳包括微孔，所述微孔的孔道直径小于1μm。

8.一种钠离子电池，其特征在于，包括如权利要求7所述的高首效高比容生物质硬碳。

9.如权利要求8所述的钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池的制备方法包括：

10.如权利要求9所述的钠离子电池，其特征在于，所述高首效高比容生物质硬碳、所述导电添加剂和所述粘结剂的质量比为(93％～96％)：(2％～3％)：(2％～4％)。

技术总结本发明公开了一种高首效高比容生物质硬碳及其酸法预处理制备方法及钠离子电池，属于钠离子电池领域，高首效高比容生物质硬碳的酸法预处理制备方法包括以下步骤：将生物质原料切割、洗涤，得到破碎的生物质原料；将所述破碎的生物质原料放置于溶液中蒸煮，蒸煮结束后进行洗涤干燥、高温碳化，得到高首效高比容生物质硬碳；其中，所述溶液的pH不高于6.8。本发明提供的高首效高比容生物质硬碳的酸法预处理制备方法通过将生物质先进行预处理然后经过高温碳化，提高硬碳的首次库伦效率和比容量。技术研发人员：李文博,陈力,吕江英受保护的技术使用者：无锡盘古新能源有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/6/18