钠离子电池生物质硬碳负极材料实验炉

从钠离子电池负极材料的分类来看，主要分为五类：一是碳基负极材料，包括石墨类、无定形碳、纳米碳等。其中，无定形碳有望率先实现产业化。二是合金类负极材料，理论容量高，但电子嵌钠后体积膨胀严重，循环性能差。三是金属氧化物及硫化物基负极材料，理论容量高，但导电性差。四是嵌入型的钛基负极材料，体积变化小但容量低。五是有机类负极材料，成本低，但导电性差且易溶解于电解液。

碳基负极材料具有出色的导电性，同时制备方法灵活、成本低廉、环境友好，因此成为钠离子电池负极材料的首选。其中，无定形碳中的硬碳和软碳材料被认为是具有潜力的钠离子电池负极材料。

软碳是指经高温处理后可以石墨化的碳，通常以低成本的无烟煤作为前驱体加工制造获得。然而，软碳的储钠比容量低、充电速度较慢、低温性能较差。

硬碳是经高温处理后不会石墨化的碳，其内部晶体排列无序、层间距大。这使得硬碳负极在同等体积下可以储存更多的电荷，提高了钠离子电池的能量密度和续航能力。硬碳负极在放电过程中的膨胀收缩更加均匀，增加了其循环稳定性、充放电性能，并延长了钠离子电池的循环使用寿命。

制备硬碳材料的前驱体常见的有生物质、合成聚合物和化石燃料等。不同前驱体制备的硬碳材料具有显著的性能差异。生物质的原材料来源广泛，如椰壳、果壳、柚子皮、动植物组织等，成本相对较低，因此成为当前制备硬碳材料的常选。合成聚合物主要包括酚醛树脂、聚丙烯腈等化学合成材料，其电化学性能好、原料可控、产品一致性好，但成本较高。化石燃料主要包括沥青、煤焦油及相关混合物，原料来源广泛成本低，但产品容量较低。由于沥青等含有的挥发性物质较多，在生产过程中需要进行额外的废气、废水处理，因此增加了生产成本。

如何将淀粉制备成硬碳，可以按照以下步骤进行：

利用玉米淀粉和马来酸酐制备富含氧元素的酯化淀粉。

在反应炉中输入氢气与氩气的混合气体，与酯化淀粉进行氢气还原反应，得到淀粉作为反应产物的前驱体。

使用氮气或氩气作为保护气，将淀粉前驱体在1100℃下进行高温碳化反应，完成硬碳材料的制备。

通过改变反应温度，调节反应产物前驱体中氧元素含量，实现对硬碳微观结构的调控，进一步影响硬碳负极材料的电化学性能。

对于果壳类生物质负极材料的制备，可以采取以下步骤：

将果壳类生物质负极材料前驱体在惰性气体保护下升温进行预碳化处理。

冷却后，对预碳化产物进行球磨，得到预碳粉。

将预碳粉在惰性气体保护下升温进行高温碳化处理，然后冷却，得到高效的钠离子电池用生物质硬碳负极材料。

可以获得具有良好性能的硬碳材料和生物质硬碳负极材料，用于钠离子电池的应用。

钠离子电池硬碳负极材料气氛烧结实验、小试、中试、送样品的公斤级烧结可以采用硬碳负极材料箱式气氛炉。硬碳负极材料箱式气氛炉为小型钠离子电池硬碳负极材料气氛烧结炉，可为后期的中试及产业化提供更坚实的实验数据。

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