[发明专利]一种硬碳的制备方法及应用

说明书

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种硬碳的制备方法及应用。本发明提供的制备方法，包括以下步骤：将生物质废料粉末进行盐浸，得到盐浸后的生物质废料粉末；将所述盐浸后的生物质废料粉末依次进行第一碳化、球磨和第二碳化，得到所述硬碳。本发明先将生物质废料粉末进行盐浸使所述生物质废料粉末中带有盐离子，且所述盐离子在后续的第二碳化过程中会改变碳的微观结构，进而影响硬碳的性能，通过两步碳化过程是为了保证经过第一碳化可以形成初步的碳结构和去除所述生物质中的焦油类物质，便于后续的球磨过程中对生物质废料粉末尺寸的相对可控性，经过第二碳化可以保证形成更加稳定的碳结构。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种硬碳的制备方法及应用。

背景技术

地球上存在各种能源，包括化石能源、地热能、风能、水能和太阳能等。我们可以从这些资源中产生可供人类使用的能量，但是为了更加方便地使用这些能量，就需要高效的电能储存系统、锂(Li)是最轻的金属元素，离子半径小，具有许多电化学优势，例如高能量密度，高功率密度以及宽范围的工作温度和良好的工作寿命。因此，基于锂离子的电能储存系统具有广阔的应用前景。

无论何种基于锂离子的电能储存系统(锂离子电池、锂离子电容器等)都会在负极材料上依靠锂离子的储存达到储存电荷的目的，从而实现电能的储存。目前，最常用的负极材料是石墨，但石墨存在着电压平台低、理论容量低、倍率性能差的缺点，并且传统的石墨的制备方法繁琐，成本高和技术要求含量高。而硬碳材料在一定程度上弥补了石墨的电压平台低、理论容量低和倍率性能差的缺点，因此具有很大的研究潜力。但是，目前市售的硬碳材料的循环比容量和倍率性能仍然不太理想，并且成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种硬碳的制备方法及应用，所述制备方法成本低，且制备得到的硬碳具有优异的电化学性能。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种硬碳的制备方法，包括以下步骤：

将生物质废料粉末进行盐浸，得到盐浸后的生物质废料粉末；

将所述盐浸后的生物质废料粉末依次进行第一碳化、球磨和第二碳化，得到所述硬碳。

优选的，所述生物质废料粉末的生物质废料为果壳和/或废木材；

所述果壳为核桃壳、椰壳、夏威夷果壳、开心果壳、杏仁壳、榛子壳、松子壳、腰果壳、白果壳、碧根果壳和巴旦木壳中的一种或几种；

所述废木材为桦树木、黄杨树木、柳树木、硬枫树木和桃树木中的一种或几种。

优选的，所述盐浸采用的盐溶液中盐的浓度为(0～1.5)mol/L，且所述盐溶液中盐的浓度不为0；

所述盐溶液包括碳酸钾溶液、氯化钾溶液、氯化锌溶液、硝酸钴溶液或硝酸镍溶液。

优选的，所述第一碳化的温度为350～600℃，时间为60～180min；

升温至所述第一碳化的温度的升温速度为5～15℃/min。

优选的，所述球磨的转速为400～900rpm，所述球磨的时间为30～180min。

优选的，所述球磨采用的磨球包括直径为3mm的磨球和直径为10mm的磨球；

所述直径为3mm的磨球和直径为10mm的磨球的个数比为(1～5)：1。

优选的，所述第二碳化的温度为800～1200℃，时间为30～120min；

升温至所述第二碳化的温度的升温速度为5～15℃/min。

优选的，所述第二碳化完成后，还包括将所得产物进行酸洗；