一种化学表面改性生物质硬碳材料及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及钠离子电池电极材料技术领域，特别涉及一种化学表面改性生物质硬碳材料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.锂离子电池因其优秀的储能性能已经广泛的应用到消费类电子产品、新能源汽车、大规模储能电站等领域。随着锂离子电池产能的快速提升，由于锂资源的稀缺性，锂原料的价格水涨船高，对锂离子电池行业造成了巨大影响。钠离子电池与锂离子电池具有相似的储能机理，且钠元素在地壳中丰度高，成本低，不存在资源短缺的问题，是目前受到重点关注的下一代碱金属离子电池。
3.由于钠离子具有更大的离子半径，且无法与石墨碳层形成稳定的插层化合物，造成传统石墨负极材料储钠容量低，亟需开发新型的负极储钠材料。
4.硬碳是指在2500℃下难以石墨化的碳，是由取向随机、卷曲的石墨畴碎片构成。与石墨相比，硬碳的碳层间距更大且存在闭孔结构，可以有效的存储钠离子，具有较高的储钠容量，有望成为最具潜力的低成本钠离子电池负极材料。但是硬碳的碳化温度低，在表面仍然存在较多的含氧官能团，具有一定的亲水性，因此在传统的水系浆料体系下，容易在丰富的孔隙结构表面捕捉大量水分子，且较难排出，从而在循环过程中产气鼓包，严重影响电池的循环性能和安全性能，无法满足工业化应用。
5.本发明设计一种既能降低硬碳材料表面的含氧官能团又能改善硬碳负极材料吸水产气等副反应的化学表面改性生物质硬碳材料及其制备方法和应用。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种化学表面改性生物质硬碳材料及其制备方法和应用，其目的是为了解决背景技术存在的上述问题。
7.为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种化学表面改性生物质硬碳材料及其制备方法和应用，该方法以生物质为原料，将生物质原料经过干燥、粉碎、预碳化后，置于气氛等离子体烧结炉中，处理后通过高温碳化；其中通过还原气氛下等离子体处理，减少碳材料表面表面含氧官能团，从而解决硬碳材料易产气、首库低和循环性能差的问题。且所制得的钠离子电池负极具有优异的电化学性能，其首圈库伦效率在90％以上，首圈充电比容量为300mah/g，对钠半电池100次循环保持率＞80％。
8.本发明的一方面提供了一种化学表面改性生物质硬碳材料的制备方法，包括如下步骤：
9.s1:预处理：取生物质原料洗涤干燥；生物质原料通过清水洗涤表面灰尘后，置于鼓风烘箱中干燥除去水分；
10.s2:预碳化：将预处理后的生物质原料进行低温预碳化；置于管式炉或者箱式气氛炉，所用保护气氛为n2、ar中的至少一种。
11.s3:等离子体处理：将预碳化后的生物质原料置于等离子体化学气相沉积装置腔体内，在还原气氛下进行等离子体处理；等离子体处理完成后随炉冷却至室温。其中等离子体处理，若功率过高，则容易产生大量缺陷，降低材料的首次库伦效率；若还原气氛含量过低，则气体分子与硬碳表面含氧官能团反应不够充分，去除不够彻底。
12.s4:高温碳化：将等离子体处理后的生物质原料进行高温碳化，即得。置于管式炉或者箱式气氛炉中所用保护气氛为n2、ar中的至少一种。
13.优选地，所述生物质原料为利用大气、水和土壤自然合成的各种植物有机体。
14.优选地，所述生物质原料为竹子、芦苇、秸秆、棉花、椰子壳中的至少一种。
15.优选地，所述干燥温度70～80℃，干燥时间2～3h。
16.优选地，所述还原气氛为h2、co中的至少一种。通过还原性气氛的引入，可以去除表面的羟基和羧基，减少对钠离子的不可逆吸附，提高表面疏水性，最终起到优化其作为钠离子电池负极性能的作用。
17.优选地，所述预碳化的条件为：温度300～900℃，处理时间0.5～5h，升温速率为0.5～5℃/min。
18.优选地，所述等离子体处理条件为：温度为室温～900℃，等离子体输入功率为100～1000w，输入流量为10～100ml/s，升温速率为0.5～5℃/min，保温时间为0.5～12h。
19.优选地，所述高温碳化的条件为：温度为1000～2000℃，碳化时间0.5～5h。
20.本发明的另一方面提供了上述的制备方法制得的化学表面改性生物质硬碳材料。
21.本发明的另一方面还提供了上述的化学表面改性生物质硬碳材料在钠离子电池中的应用，所述化学表面改性生物质硬碳材料作为钠离子电池负极材料。
22.优选地，所述钠离子电池负极材料首圈库伦效率高达90％以上，首圈充电比容量为300mah/g，对钠半电池100次循环保持率＞80％。
23.反应机理：
24.本发明的制备方法基于各步骤之间的协同作用，在保证获得丰富储钠位点的同时，得到低含氧官能团的硬碳材料。其中通过还原气氛等离子体处理，可以去除表面含氧官能团，减少首次充放电过程中钠离子的不可逆损失，提高硬碳表面的疏水性。在保持高的首次库伦效率和优秀循环性能的同时，减少电池产气。
25.本发明的上述方案有如下的有益效果：
26.(1)本发明以生物质为原料，通过还原气氛下的等离子体表面改性，在保证具备丰富储钠位点的同时，减少硬碳表面的含氧官能团，有效解决了官能团对钠离子不可逆吸附，对水分子亲和性高的问题。其中，还原气氛下的等离子体表面改性具体通过对硬碳结构的物理化学表面改性，以克服现有技术存在的钠离子电池硬碳负极材料首圈库伦效率低、循环性能差、易产气等问题。
27.(2)本发明以生物质作为碳源，首先经过干燥，预碳化，随后在还原气氛下进行等离子体处理，最后通过高温热解，得到闭孔结构丰富，层间距合适，表面氧官能团含量低的硬碳。该方法具有原料来源广泛和工艺简单等优点，适合大规模工业化生产。
28.(3)本发明制备的生物质硬碳材料表面具有低的含氧官能团可以有效减少首次充放电过程中对钠离子的不可逆吸附，同时可以提高硬碳表面的疏水性，从而减少对空气或水系浆料制备过程中的水分子捕获，解决电池循环过程中硬碳表面的痕量水与电解质反应
出现的产气现象。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是本发明实施例1的钠离子电池首圈充放电曲线；
31.图2是本发明实施例2的钠离子电池首圈充放电曲线；
32.图3是本发明实施例3的钠离子电池首圈充放电曲线；
33.图4是本发明实施例4的钠离子电池首圈充放电曲线；
34.图5是本发明实施例5的钠离子电池首圈充放电曲线；
35.图6是本发明实施例6的钠离子电池首圈充放电曲线；
36.图7是本发明实施例7的钠离子电池首圈充放电曲线；
37.图8是本发明对比例1的钠离子电池首圈充放电曲线；
38.图9是本发明对比例2的钠离子电池首圈充放电曲线。
具体实施方式
39.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
40.除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
41.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
42.本发明针对现有的问题，提供了一种化学表面改性生物质硬碳材料及其制备方法和应用。
43.实施例1
44.一种化学表面改性生物质硬碳材料的制备方法，包括如下步骤：
45.步骤1：干燥，取竹粉10g置于鼓风干燥箱中，干燥温度80℃，干燥时间2h，干燥去除水分；
46.步骤2：预碳化，将步骤1完成后得到的竹粉置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至400℃，预碳化3h，冷却至室温，研磨粉碎，得到竹粉预碳化材料；
47.步骤3：等离子体处理，将步骤2完成后得到的竹粉预碳化材料置于等离子体装置腔体中，以20ml/s的输入流量通入95％ar+5％h2的氢氩混合气，等离子体输入功率为200w，并以5℃/min升温至600℃，保温2h，保温结束后样品随炉冷却至室温；
48.步骤4：高温碳化，将等离子体处理后的竹炭置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至1300℃，保温3h，冷却至室温，研磨粉碎；
49.步骤5：将上述制备得到的碳材料作为电池负极材料的活性物质用于钠离子电池
的制备。
50.按照质量比92％:3％:1.5％:3.5％，称取碳材料粉末184mg，导电炭黑6mg，浓度2％(w/w)的羧甲基纤维素溶液6mg，浓度为40％(w/w)丁苯橡胶17.5mg，滴加适量的去离子水，搅拌20min至均匀浆状，利用100μm的刮刀将其均匀涂覆在铜(cu)箔的表面，在105℃鼓风干燥箱中干燥2h，将具有活性材料的cu箔切割成圆片状负极极片，随即转移到手套箱备用。
51.模拟电池的装配在充满ar气氛的mikrouna手套箱内进行，使用制备的碳材料极片作为负极，商业电解液1.0mol/lnapf6/ec:dmc(1:1)(v:v)作为电解液，na金属片作为对电极，组装2016扣式电池。
52.电池产气量的测量需要先装配成软包电池。正极使用商用镍铁锰层状氧化物，负极使用所制得的硬碳。负极按照质量比92％:3％:1.5％:3.5％进行搅浆、涂布、干燥、模切、叠片、注液、软包封装，组装成单个容量为1ah的软包电池。软包电池的体积测算主要基于阿基米德原理，将软包电池悬挂在万能试验机上，记录示数，随后缓慢地将电池完全浸入不导电的真空泵油(密度为0.8595cm-3
)中，待仪器稳定后再次记录拉力仪的示数，即为软包电池的体积，循环前后体积差即为产气量。
53.组装的半电池在20ma/g的电流密度下，首次库伦效率为90.05％，首圈充电比容量为316.2mah/g，循环100次后容量保持率为84.3％。1ah软包电池100次循环产气量为2.6ml。该钠离子电池首圈充放电曲线如图1所示。
54.实施例2
55.一种化学表面改性生物质硬碳材料的制备方法，包括如下步骤：
56.步骤1：干燥，取竹粉10g置于鼓风干燥箱中，干燥温度80℃，干燥时间2h，干燥去除水分；
57.步骤2：预碳化，将步骤1完成后得到的竹粉置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至400℃，预碳化3h，冷却至室温，研磨粉碎，得到竹粉预碳化材料；
58.步骤3：等离子体处理，将步骤2完成后得到的竹粉预碳化材料置于等离子体装置腔体中，以20ml/s的输入流量通入95％ar+5％h2的氢氩混合气，等离子体输入功率为400w，并以5℃/min升温至600℃，保温2h，保温结束后样品随炉冷却至室温；
59.步骤4：高温碳化，将等离子体处理后的竹炭置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至1300℃，保温3h，冷却至室温，研磨粉碎；
60.步骤5：将上述制备得到的碳材料作为电池负极材料的活性物质用于钠离子电池的制备，具体方法同实施例1。组装的半电池在20ma/g的电流密度下，首次库伦效率为85.79％，首圈充电比容量为334.7mah/g，循环100次后容量保持率为80.9％。产气量的具体测量方法同实施例1，1ah软包电池100次循环产气量为3.3ml。该钠离子电池首圈充放电曲线如图2所示。
61.实施例3
62.一种化学表面改性生物质硬碳材料的制备方法，包括如下步骤：
63.步骤1：干燥，取竹粉10g置于鼓风干燥箱中，干燥温度80℃，干燥时间2h，干燥去除水分；
64.步骤2：预碳化，将步骤1完成后得到的竹粉置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/
min的升温速率升温至400℃，预碳化3h，冷却至室温，研磨粉碎，得到竹粉预碳化材料；
65.步骤3：等离子体处理，将步骤2完成后得到的竹粉预碳化材料置于等离子体装置腔体中，以20ml/s的输入流量通入90％ar+10％h2的氢氩混合气，等离子体输入功率为200w，并以5℃/min升温至600℃，保温2h，保温结束后样品随炉冷却至室温；
66.步骤4：高温碳化，将等离子体处理后的竹炭置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至1300℃，保温3h，冷却至室温，研磨粉碎；
67.步骤5：将上述制备得到的碳材料作为电池负极材料的活性物质用于钠离子电池的制备，具体方法同实施例1。组装的半电池在20ma/g的电流密度下，首次库伦效率为92.37％，首圈充电比容量为319.3mah/g，循环100次后容量保持率为87.2％。产气量的具体测量方法同实施例1，1ah软包电池100次循环产气量为1.9ml。该钠离子电池首圈充放电曲线如图3所示。
68.实施例4
69.一种化学表面改性生物质硬碳材料的制备方法，包括如下步骤：
70.步骤1：干燥，取竹粉10g置于鼓风干燥箱中，干燥温度80℃，干燥时间2h，干燥去除水分；
71.步骤2：预碳化，将步骤1完成后得到的竹粉置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至400℃，预碳化3h，冷却至室温，研磨粉碎，得到竹粉预碳化材料；
72.步骤3：表面还原处理，将步骤2完成后得到的竹粉预碳化材料置于等离子体装置腔体中，以20ml/s的输入流量通入95％ar+5％h2的氢氩混合气，关闭等离子体发生器，并以5℃/min升温至600℃，保温2h，保温结束后样品随炉冷却至室温；
73.步骤4：高温碳化，将等离子体处理后的竹炭置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至1300℃，保温3h，冷却至室温，研磨粉碎；
74.步骤5：将上述制备得到的碳材料作为电池负极材料的活性物质用于钠离子电池的制备，具体方法同实施例1。组装的半电池在20ma/g的电流密度下，首次库伦效率为87.45％，首圈充电比容量为292.8mah/g，循环100次后容量保持率为78.5％。产气量的具体测量方法同实施例1，1ah软包电池100次循环产气量为3.5ml。该钠离子电池首圈充放电曲线如图4所示。
75.实施例5
76.一种化学表面改性生物质硬碳材料的制备方法，包括如下步骤：
77.步骤1：干燥，取竹粉10g置于鼓风干燥箱中，干燥温度80℃，干燥时间2h，干燥去除水分；
78.步骤2：预碳化，将步骤1完成后得到的竹粉置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至400℃，预碳化3h，冷却至室温，研磨粉碎，得到竹粉预碳化材料；
79.步骤3：等离子体处理，将步骤2完成后得到的竹粉预碳化材料置于等离子体装置腔体中，以20ml/s的输入流量通入co，等离子体输入功率为200w，并以5℃/min升温至600℃，保温2h，保温结束后样品随炉冷却至室温；
80.步骤4：高温碳化，将等离子体处理后的竹炭置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至1300℃，保温3h，冷却至室温，研磨粉碎；
81.步骤5：将上述制备得到的碳材料作为电池负极材料的活性物质用于钠离子电池
的制备，具体方法同实施例1。组装的半电池在20ma/g的电流密度下，首次库伦效率为88.64％，首圈充电比容量为326.5mah/g，循环100次后容量保持率为77.5％。产气量的具体测量方法同实施例1，1ah软包电池100次循环产气量为2.5ml。该钠离子电池首圈充放电曲线如图5所示。
82.实施例6
83.一种化学表面改性生物质硬碳材料的制备方法，包括如下步骤：
84.步骤1：干燥，取芦苇粉10g置于鼓风干燥箱中，干燥温度80℃，干燥时间2h，干燥去除水分；
85.步骤2：预碳化，将步骤1完成后得到的芦苇粉置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至400℃，预碳化3h，冷却至室温，研磨粉碎，得到竹粉预碳化材料；
86.步骤3：等离子体处理，将步骤2完成后得到的芦苇预碳化材料置于等离子体装置腔体中，以20ml/s的输入流量通入90％ar+10％h2的氢氩混合气，等离子体输入功率为200w，并以5℃/min升温至600℃，保持6h，保温结束后样品随炉冷却至室温；
87.步骤4：高温碳化，将等离子体处理后的芦苇炭置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至1300℃，保温3h，冷却至室温，研磨粉碎；
88.步骤5：将上述制备得到的碳材料作为电池负极材料的活性物质用于钠离子电池的制备，具体方法同实施例1。组装的半电池在20ma/g的电流密度下，首次库伦效率为87.73％，首圈充电比容量为298.9mah/g，循环100次后容量保持率为80.1％。产气量的具体测量方法同实施例1，1ah软包电池100次循环产气量为3.1ml。该钠离子电池首圈充放电曲线如图6所示。
89.实施例7
90.一种化学表面改性生物质硬碳材料的制备方法，包括如下步骤：
91.步骤1：干燥，取淀粉10g置于鼓风干燥箱中，干燥温度80℃，干燥时间2h，干燥去除水分；
92.步骤2：预碳化，将步骤1完成后得到的淀粉置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至400℃，预碳化3h，冷却至室温，研磨粉碎，得到竹粉预碳化材料；
93.步骤3：等离子体处理，将步骤2完成后得到的淀粉预碳化材料置于等离子体装置腔体中，以20ml/s的输入流量通入90％ar+10％h2的氢氩混合气，等离子体输入功率为200w，并以5℃/min升温至600℃，保持6h，保温结束后样品随炉冷却至室温；
94.步骤4：高温碳化，将等离子体处理后的淀粉碳置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至1300℃，保温3h，冷却至室温，研磨粉碎；
95.步骤5：将上述制备得到的碳材料作为电池负极材料的活性物质用于钠离子电池的制备，具体方法同实施例1。组装的半电池在20ma/g的电流密度下，首次库伦效率为84.64％，首圈充电比容量为344.7mah/g，循环100次后容量保持率为75.1％。产气量的具体测量方法同实施例1，1ah软包电池100次循环产气量为3.7ml。该钠离子电池首圈充放电曲线如图7所示。
96.对比例1
97.一种钠离子电池用生物质基硬碳负极材料的制备方法，其步骤包括：
98.步骤1：干燥，取竹粉10g置于鼓风干燥箱中，干燥温度80℃，干燥时间2h，干燥去除
水分；
99.步骤2：碳化，将步骤1完成后得到的竹粉置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至400℃，预碳化3h，冷却至室温，研磨粉碎，得到竹粉预碳化材料；
100.步骤3：高温碳化，将预碳化后竹碳置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至1300℃，保温3h，冷却至室温，研磨粉碎；
101.步骤4：将上述制备得到的碳材料作为电池负极材料的活性物质用于钠离子电池的制备。
102.按照质量比92％:3％:1.5％:3.5％，称取碳材料粉末184mg，导电炭黑6mg，浓度2％(w/w)的羧甲基纤维素溶液6mg，浓度为40％(w/w)丁苯橡胶17.5mg，滴加适量的去离子水，搅拌20min至均匀浆状，利用100μm的刮刀将其均匀涂覆在铜(cu)箔的表面，在105℃鼓风干燥箱中干燥2h，将具有活性材料的cu箔切割成圆片状负极极片，随即转移到手套箱备用。
103.模拟电池的装配在充满ar气氛的mikrouna手套箱内进行，使用制备的碳材料极片作为负极，商业电解液1.0mol/lnapf6/ec:dmc(1:1)(v:v)作为电解液，na金属片作为对电极，组装2016扣式电池。组装的半电池在20ma/g的电流密度下，首次库伦效率为75.22％，首圈充电比容量为261.2mah/g，循环100次后容量保持率为73.5％。该钠离子电池首圈充放电曲线如图8所示。
104.电池产气量的测量需要先装配成软包电池。正极使用商用镍铁锰层状氧化物，负极使用所制得的硬碳。负极按照质量比92％:3％:1.5％:3.5％进行搅浆、涂布、干燥、模切、叠片、注液、软包封装，组装成单个容量为1ah的软包电池。软包电池的体积测算主要基于阿基米德原理，将软包电池悬挂在万能试验机上，记录示数，随后缓慢地将电池完全浸入不导电的真空泵油(密度为0.8595cm-3
)中，待仪器稳定后再次记录拉力仪的示数，即为软包电池的体积，循环前后体积差即为产气量。100次循环后产气量为6.7ml。
105.对比例2
106.一种钠离子电池用生物质基硬碳负极材料的制备方法，其步骤包括：
107.步骤1：干燥，取竹粉10g置于鼓风干燥箱中，干燥温度80℃，干燥时间2h，干燥去除水分；
108.步骤2：碳化，将步骤1完成后得到的竹粉置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至400℃，预碳化3h，冷却至室温，研磨粉碎，得到竹粉预碳化材料；
109.步骤3：等离子体处理，将步骤2完成后得到的竹粉预碳化材料置于等离子体装置腔体中，以15ml/s的输入流量通入ar，等离子体输入功率为200w，并以5℃/min升温至600℃，保温2h，保温结束后样品随炉冷却至室温；
110.步骤4：高温碳化，将等离子体处理后的竹炭置于管式炉中，在氩气气氛下以2℃/min的升温速率升温至1300℃，保温3h，冷却至室温，研磨粉碎；
111.步骤5：将上述制备得到的碳材料作为电池负极材料的活性物质用于钠离子电池的制备，具体方法同对比例1。组装的半电池在20ma/g的电流密度下，首次库伦效率为71.09％，首圈充电比容量为283.7mah/g，循环100次后容量保持率为69.7％。产气量的具体测量方法同对比例1，1ah软包电池100次循环产气量为5.1ml。该钠离子电池首圈充放电曲线如图9所示。
112.表1为对比例1-2和实施例1-7所组装的半电池的相关电化学性能参数表
[0113][0114][0115]
表2为对比例1-2和实施例1-8所组装的1ah软包100次循环的产气
[0116][0117]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种化学表面改性生物质硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1:预处理：取生物质原料洗涤干燥；s2:预碳化：将预处理后的生物质原料进行低温预碳化；s3:等离子体处理：将预碳化后的生物质原料在还原气氛下进行等离子体处理；s4:高温碳化：将等离子体处理后的生物质原料进行高温碳化，即得。2.根据权利要求1所述的化学表面改性生物质硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述生物质原料为利用大气、水和土壤自然合成的各种植物有机体。3.根据权利要求2所述的化学表面改性生物质硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述生物质原料为竹子、芦苇、秸秆、棉花、椰子壳中的至少一种。4.根据权利要求3所述的化学表面改性生物质硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述干燥温度70～80℃，干燥时间2～3h。5.根据权利要求4所述的化学表面改性生物质硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述还原气氛为h2、co中的至少一种。6.根据权利要求5所述的化学表面改性生物质硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述预碳化的条件为：温度300～900℃，处理时间0.5～5h，升温速率为0.5～5℃/min。7.根据权利要求6所述的化学表面改性生物质硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述等离子体处理条件为：温度为室温～900℃，等离子体输入功率为100～1000w，输入流量为10～100ml/s，升温速率为0.5～5℃/min，保温时间为0.5～12h。8.根据权利要求7所述的化学表面改性生物质硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述高温碳化的条件为：温度为1000～2000℃，碳化时间0.5～5h。9.如权利要求1～8任一项所述的制备方法制得的化学表面改性生物质硬碳材料。10.如权利要求9所述的化学表面改性生物质硬碳材料在钠离子电池中的应用，其特征在于，所述化学表面改性生物质硬碳材料作为钠离子电池负极材料。

技术总结
本发明提供了一种化学表面改性生物质硬碳材料及其制备方法和应用，涉及钠离子电池电极材料技术领域。该方法以生物质为原料，将生物质原料经过干燥、粉碎、预碳化后，置于气氛等离子体烧结炉中，处理后通过高温碳化；该预碳化材料通过等离子体还原气氛处理，可有效减少表面含氧官能团。一方面可以提高硬碳材料表面的疏水性，解决表面亲水基团易吸附水分子造成充放电过程中的电池产气鼓包问题，提高循环稳定性。另一方面可以减少首次充放电过程中对钠离子的不可逆吸附，有效提升硬碳材料的首次库伦效率低。且基于本发明改性得到的的钠离子电池硬碳负极材料，具有较高的首次库仑效率和循环稳定性。本发明还具有工艺简单、环境友好等优点。优点。优点。


技术研发人员：唐有根 付洲豪 王海燕 孙旦 姜丹 张蓓
受保护的技术使用者：湖南钠科新材料有限公司
技术研发日：2023.07.25
技术公布日：2023/10/11