小型钠离子电池硬碳制备炉5kg:1排1列箱式气氛炉

小型钠离子电池硬碳制备炉是一种用于制备硬碳材料的设备。硬碳材料可以用作钠离子电池的负极材料，具有高比容量和良好的循环稳定性，因此在新型能源储存领域具有重要应用前景。

小型钠离子电池硬碳制备炉通常由炉体、加热系统、气体控制系统、真空系统等部分组成。硬碳的制备过程通常包括碳源料的预处理、炭化和活化等步骤，需要在高温下进行。

在操作时，先将碳源料放入炉体中，在控制好加热系统的温度和气氛条件下进行炭化反应。经过一定时间后，取出已制备好的硬碳材料，通过活化等进一步处理，最终得到所需的硬碳材料。

小型钠离子电池硬碳制备炉具有制备周期短、成本低廉、操作简便等优点，适合用于实验室规模的硬碳制备。该设备可以广泛应用于材料科学研究、电池材料开发等领域。

钠离子电池( SIB) 凭借其储量丰富、低成本的特点已经开始大规模应用，而硬碳材料凭借其理论容量高、循环倍率性能好、结构稳定等特点已经成为钠离子电池主要的负极材料。

钠离子电池硬碳是指难石墨化的碳，其碳层之间的间距较大，非常适合钠离子的脱嵌，硬碳根据碳源的不 同可以分为生物质碳( 如葡萄糖、棉花、果壳等) 、树脂碳( 如环氧树脂、酚醛树脂等) 、有机物聚合碳( 如 PVC、PVA 等) 、炭黑等。其中，生物质碳具有丰富的杂原子以及独特的微观结构，并且其较为环保， 非常适用于钠离子电池的负极材料。 

生物质碳具有来源广泛、绿色可再生、低成本等特点，其来源于自然界中的动物、植物、微生物。由于生物的生长环境不同导致生物质碳材料具有丰富的结构，这就代表着其功能和表面性质的多样性。这种独特的结构优势使其可以广泛应用于储能领域。

生物质碳材料在微观结构上同样具有多样性，如球状、纤维状、管状、片状、网状等。不同的微观结构在比表面积、内部孔隙方面差异较大，因此合理的生物质碳材料的微观结构，可以促进钠离子电池中的离子传输和扩散，从而提高电池的电化学性能。 

零维的碳球通常是由水热合成法合成的糖基碳球，其具有固定的结构和机械强度，不利于离子的传输和扩散，因此多孔和空心碳球开始引起人们的广泛关注。GADDAM 等人以椰子油为前驱体，通过火焰沉积法，得到碳纳米颗粒 CNP，然后用食人鱼溶液 ( H2 SO4和 H2O2按照 7：3比例混合) 处理后得到表面羧基化碳纳米颗粒( c － CNP) ，该颗粒为准球形结构，具有 40 ～ 50 nm 的粒度和56 m2/g 的比表面积 ( SSA) ，表面上的孔径并不明显，但是循环稳定性得到了明显改善。 

通常使用的生物质碳材料的制备方法有直接碳化法、化学活化法、水热处理法等。

直接碳化法 

直接碳化法是通过简单的热化学处理方法，将生物质前驱体在高温缺氧环境下进行热分解的一种制备方法。CHEN 等人以蚕沙为前驱体，通过直接碳化法在 1100 ℃的碳化温度碳化 2h，制备了多杂原子自掺杂分级多孔炭( HHPC -1100) ，该材料具有蜂窝状结构( 图 2a ～ b) ，在 20 mA/g 的电流密度下，HHPC-1100 拥有331.7mA·h /g 的比容量，循环 100 圈后，其仍然保持着 258.9mA·h /g 的高比容量。SUN 等人以柚子皮为前驱体，通过直接碳化法，在 800 ～ 1 200 ℃ 的环境下分别进行碳化，得到了同样具有蜂窝状结构的 SIB 负极材料 SP-T，在30 mA/g 的电流密度下，其理论比容量最高可达 43005 mA·h /g。ＲATH等人将甘蔗渣碾磨成粉末状，然后在950 ℃ 碳化 6 h，得到了负极材料 SB - 950。该材料具有片状结构，这使得离子扩散距离减小，从而可以促进钠离子的传输，因此展现出较为出色的循环性能。在 100 mA/g 的电流密度下，循环 300 圈后，SB - 950 的比容量仍保持在 220 mA·h /g。

化学活化法 

化学活化法是将硬碳前驱体和化学试剂按照一 定比例进行混合，随后高温碳化得到具有特殊微观结构或元素掺杂的 SIB 负极材料的一种方法。通常情况下，化学活化法不需要较高的温度和较长的反应时间，然而所制备的碳材料却具有较大的孔径和高 SSA。在这个过程中，需要首先将生物质前驱体与活化剂( KOH、ZnCl2、NaOH、H2 SO4 等) 按照一定比例混合，然后在 300 ～ 950 ℃下同时进行碳化与活化。HONG 等人以柚子皮为前驱体，将其浸泡在 H3PO4 中 24 h 后，在 700 ℃下碳化 2 h 得到具有 3D 连通多孔结构的硬碳材料 。

原子掺杂是通过增强晶体结构中 Na+和-的固有转移特性，加速反应动力学最终实现高性能的 一种有效方式。对于生物质碳材料，原子掺杂可以增大生物质碳材料的比表面积，增加活性位点，还能增大碳材料的层间距和孔隙率，从而达到提高电化学性能的目的。常用的掺杂方法有单原子掺杂和原子共掺杂。 

为了研究多种原子的掺杂能否达到单原子掺杂叠加的效果，科研人员进行了 一系列探索。MUＲUGANANTHAM等人以芒果皮为碳源、硫磺粉为硫源、C6H12N4为氮源，将其混合后在 350 ℃ 下预热，然后在 Ar 气流下在 800 ℃ 碳化 2 h 得到 N、S 共掺杂的芒果皮衍生碳 NS － MPC。

TIAN 等人以富含氮原子的椰壳为碳源，在 900 ℃下进行碳化得到氮掺杂多孔碳 N -BC，由于N -BC 具有丰富的纳米孔结构，红磷颗粒很容易吸附在其中，所以将红磷 与 N -BC 混合后在 450 ℃加热 3 h 得到 rP@ N- BC。