[发明专利]一种对甘蔗渣进行快速炭化的方法

说明书

本发明公开了一种对甘蔗渣进行快速炭化的方法，涉及炭化材料技术领域。本发明将甘蔗渣粉末先进行低温炭化处理，然后利用微波烧结炉或放电等离子烧结炉进行高温炭化处理，从而获得一种硬炭材料。本发明不仅能够缩短炭化时间，同时还能显著提高炭化材料的电化学性能，使得利用该硬炭材料制成的负极具有优异的充放电性能。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，特别是涉及一种对甘蔗渣进行快速炭化的方法。

背景技术

钠离子电池凭借钠资源储量丰富、价格低廉、安全性高等优势，引起了广泛关注和研究，成为最有希望用于大规模储能系统的一项电池技术。

现有研究发现，正极材料如聚阴离子化合物和层状氧化物因其制备简单、能量密度高而成功地应用于钠离子电池。制约钠离子电池技术发展的一个重要因素是缺少合适的负极材料。目前常用的负极材料包括金属氧化物、硫化物、磷化物、金属合金和有机材料，均存在循环性能差、体积膨胀大、库仑效率低等问题，限制了其在钠离子电池中的应用。

硬炭具有来源广泛以及低成本等优势，因此提高硬炭材料的电化学储能，并将硬炭作为钠离子电池负极材料，可有望解决钠离子电池负极材料成本高以及循环性能差等问题。

甘蔗渣是一种丰富的农业废弃的副产品，常常被大量遗弃或烧毁，造成资源浪费和空气污染。甘蔗渣中半纤维素、木质素和纤维素的高含量使其成为制备硬炭材料的合适碳源，将甘蔗渣制成硬炭材料，不仅可以有效节约资源，还可以避免环境污染，实现变废为宝的目的。但是传统硬炭加工方法存在周期长且能耗高，以及制备的硬炭材料电化学性能不稳定，因此利用甘蔗渣制成一种性能优良且成本低的钠离子电池负极材料用的硬炭材料是目前行业研究的热点。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种对甘蔗渣进行快速炭化的方法，该方法是利用微波烧结(MS)或放电等离子体烧结(SPS)技术，对甘蔗渣进行高温炭化，该炭化的加热速度快、加热均匀，同时还具有易控制、节能高效、无毒绿色等特点。本发明不仅能够缩短炭化周期，同时还能够有效调节硬炭材料的结构，获得优异的储钠性能。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种对甘蔗渣进行快速炭化的方法，包括以下步骤：

(1)将甘蔗渣粉末在惰性气氛保护下升温至350～480℃，进行低温炭化处理，得到中间产物；

(2)将中间产物置于微波烧结炉或放电等离子体烧结炉中，在惰性气氛保护下升温至900～1500℃进行高温炭化处理，冷却后得到硬炭材料。

优选的，步骤(1)或(2)所述的惰性气氛为氮气或氩气。

优选的，步骤(1)的升温速率为10～15℃/min，低温炭化的时间为1～5h。

优选的，步骤(2)中微波烧结炉的烧结功率为500～2000W，高温炭化时间为30～100min。

优选的，步骤(2)放电离子体烧结炉的升温速率50～250℃/min，高温炭化时间为10～20min。

本发明另一目的是提供了一种硬质材料，其是利用本发明的上述方法制备而成。本发明的硬质材料可以作为钠离子电池负极材料进行使用。

与现有技术相比，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种对甘蔗渣进行快速炭化的方法，该方法不仅能够缩短炭化时间，同时还能显著提高炭化材料的电化学性能，使得利用该硬质材料制成的负极材料具有优异的充放电性能。

附图说明

图1为实施例1制备的硬炭材料的XRD图；

图2为实施例1制备的硬炭材料的SEM图；

图3为实施例1制备的钠离子电池负极的充放电曲线图；