阅读说明：本技术 从生物质或其它含碳材料生产结晶片状石墨的方法和系统 (From biomass or the method and system of other carbonaceous materials production crystallization flake graphite ) 是由 迈克尔·J·瓦格纳 纳珍·A·班尼克 达斯汀·T·阿贝莱 小凯文·R·麦肯齐 于 2018-03-02 设计创作，主要内容包括：高质量片状石墨通过以下方法生产,所述方法包括将含碳原料与催化剂混合以形成原料/催化剂混合物,或用含碳原料涂覆催化剂,并在存在所述催化剂的情况下使所述混合物或原料涂覆的催化剂经受激光器的照射以使所述原料转化成片状石墨。在一些情况下,通过热解将原料转化成烧焦物,并且使所述烧焦物进而经受激光照射。原料可以是生物质或含碳材料。催化剂可以是元素金属、合金或其组合。在一些情况下,已发现本文所述的方法生产呈马铃薯形聚集体形式的高质量片状石墨。(High quality flake graphite produces by the following method, the method includes carbon raw material and catalyst are mixed to form feed/catalyst mixture, or catalyst is coated with carbon raw material, and so that the catalyst of the mixture or raw material is subjected to the irradiation of laser so that the raw material is converted to flake graphite there are the catalyst.In some cases, burning is converted feedstock by pyrolysis, and makes the burning and then is subjected to laser irradiation.Raw material can be biomass or carbonaceous material.Catalyst can be metal element, alloy or combinations thereof.In some cases, it has been found that method described herein production is in the high quality flake graphite of white potato shaped aggregate form.)

从生物质或其它含碳材料生产结晶片状石墨的方法和系统

政府权益

本发明在国家勘察局第NRO000-14-C-0335号补助、第CCNS21309F号奖金的政府支持下完成。政府拥有本发明的一定权利。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年4月3日提交的美国临时申请第62/480,708号和2017年8月10日提交的美国临时申请第62/543,515号的权益，其内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明涉及从低成本生物质(或其它含碳)起始材料合成高纯度结晶片状石墨。更具体地，本发明涉及通过激光照射从低成本生物质(或其它含碳)起始材料合成高纯度结晶片状石墨。本发明还涉及将低成本生物质(或其它含碳材料)转化为热解油、热解气体和烧焦物，以及随后或同时通过激光照射将烧焦物转化为高纯度结晶片状石墨。

背景技术

被美国和欧盟列为“战略和关键矿物”的石墨的市场预计到2020年将达到448万吨和175.6亿美元。石墨在许多行业和应用中被消耗，这些行业和应用包括炼钢、电池、耐火材料、润滑剂、铸造饰面、刹车片、铅笔、用于燃料电池的石墨箔、膝上型计算机、阀填料和垫圈、以及用于例如铝熔炼的石墨电极。石墨也用作生产石墨烯、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯的起始材料。

石墨是结晶碳的同素异形体形式。石墨由紧密排列在平行堆叠层中的sp²键合的碳原子组成。每一层都由平面稠环体系中六边形排列的sp²碳原子组成。单层石墨被称为石墨烯。这些层以三维结晶长程序(long-range order)相互平行堆叠。有两种同素异形体形式，以它们的堆叠排列(六边形和菱形)来区分。石墨颜色从灰色到黑色，不透明，并且通常有金属光泽；有时它呈现出暗淡的泥土光泽。石墨天然存在于变质岩中，并且是一种软矿物(莫氏硬度(Mohs hardness)为1至2)，呈现完美的基底(单平面)裂解。石墨是柔性的，但不具有弹性，熔点为3,927℃，并且是高度耐火(即，它是稳定的，并且在高温下保持其强度)。与其它非金属相比，石墨具有非常高的导电性和导热性，并且是化学惰性的。所有这些特性的组合使得石墨对于许多工业应用都是理想的。

石墨可以是天然的或是合成的，并且两者都有工业用途。天然石墨通过露天采矿和地下方法开采。石墨通常需要选矿。这可以通过手动挑选脉石(岩石)块和手动筛选产品来进行，或者通过压碎岩石和漂浮出石墨来实现。通过浮选进行选矿遇到的困难是石墨非常软，并且“标记”(覆盖)脉石颗粒。这使得“标记”的脉石颗粒与石墨一起漂浮，产生不纯的精矿。获得商业精矿或产品有两种方式：1)重复再次研磨和浮选(最多7次)以纯化精矿，或2)通过用氢氟酸(对于硅酸盐脉石)或盐酸(对于碳酸盐脉石)酸浸(溶解)脉石。在碾磨(milling)过程中，进入的石墨产品和精矿可以在分类(分级或筛分)之前进行研磨，并仔细保存较粗的薄片尺寸级分(8目以下、8-20目、20-50目)，然后测定碳含量。一些标准共混物可以由不同的级分来制备，每个级分具有一定的薄片尺寸分布和碳含量。也可以为想要特定薄片尺寸分布和碳含量的个别客户制备定制共混物。如果薄片尺寸不重要，精矿可以被更自由地研磨。来自石墨碾磨厂的环境影响由空气污染组成，所述空气污染包括工人和附近居民的微粒暴露、由导致土壤的重金属污染的粉末溢出造成的土壤污染、以及由纯化过程中浸出的腐蚀性化学品和重金属造成的水污染。

合成石墨可以通过煅烧石油焦炭的转化来制造。具体而言，将煅烧石油焦炭和煤焦油沥青在高温下混合，随后在无氧存在下经受超过2800℃的温度以促进石墨化。石墨化的总处理时间可以长达2-3周。加热周期通常很快，其中石墨化温度在几天内达到。然而，冷却时间很慢，并且可能需要长达两周的时间，直到炉子足够冷却到能够卸载。

天然石墨通常分为无定形、片状或脉状(vein)/块状(lump)。无定形石墨质量最低，并且最丰富。无定形指的是它非常小的晶体尺寸，而不是指缺乏晶体结构。无定形用于价值较低的石墨产品，并且是价格最低的石墨。无定形石墨也具有最低的碳含量，范围为25-80重量％。片状或结晶片状石墨较无定形石墨不太常见，质量更高，碳含量为约80-98重量％。脉状或块状石墨是最稀有、价值最高、质量最高的天然石墨类型，碳含量为90-99重量％。它以固体块状沿着侵入接触点出现在矿脉中，并且仅在斯里兰卡进行商业开采。由于脉状石墨或块状石墨的稀有性，以及市场对高质量石墨的强烈需求，片状石墨为需要质量优于无定形石墨的石墨的应用和行业提供了最佳价值。

锂离子电池中的阳极活性材料通常由片状石墨制成，该片状石墨已经被纯化至非常高的纯度(99.9+％)、微粉化并加工以形成成形的薄片的聚集体，通常称为“球形”或“马铃薯”石墨。马铃薯形石墨由于易于用其制成电极而被证明是一种非常有前景的石墨形式。Zaghi,K.等人,Journal of Power Sources,119-121,第8-15页,2003。马铃薯形石墨的高振实密度允许更好地控制电极孔隙率(electrode porosity)。此外，马铃薯形石墨的使用减少了表面积，并能提高体积密度，从而提高电池容量和效率。然而，纯化、微粉化和成型会导致大量的能量和时间投入，高达70％的材料损失，以及使用高腐蚀性和对环境有害的化学物质，如氢氟酸。

具体实施方式

实施方案的以下描述本质上仅仅是示例性的，并且决不是旨在限制本公开的主题、它们的应用或用途。

如通篇所用，范围被用作描述范围内的每个值的简写。范围内的任何值都可以被选择作为范围的终点。除非另有说明，否则本文和说明书其它地方表述的所有百分比和量应理解为指重量百分比。

出于本说明书和所附权利要求的目的，除非另有说明，否则在说明书和权利要求中使用的表示量、百分比或比例的所有数字以及其它数值应理解为在所有情况下都被术语“约”修饰。术语“约”的使用适用于所有数值，无论是否明确指出。该术语通常指本领域普通技术人员认为与所述数值有合理偏差量的数字范围(即，具有等同的功能或结果)。例如，该术语可以被解释为包括给定数值的±10％，或者±5％，或者±1％的偏差，只要这种偏差不改变该值的最终函数或结果。因此，除非有相反的指示，否则在本说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是近似值，其可以根据本发明寻求获得的期望特性而变化。

应注意的是，如在本说明书和所附权利要求中使用的，单数形式“一个(a)”、“一种(an)”和“该(the)”包括复数个指代物，除非明确且毫不含糊地限于一个指代物。如此处所使用的，术语“包括”及其语法变型旨在是非限制性的，使得列表中项目的列举不排除可以被替换或添加到所列项目的其它类似项目。例如，如在本说明书和随后的权利要求书中所使用的，术语“包含(comprise)”(以及其形式、派生词或变型，例如“包含(comprising)”和“包含(comprises)”)、“包括(include)”(以及其形式、派生词或变型，例如“包括(including)”和“包括(includes)”)和“具有(has)”(以及其形式、派生词或变型，例如“具有(having)”和“具有(having)”)是包含性的(即，开放式的)，并且不排除附加的元素或步骤。因此，这些术语不仅旨在覆盖所列举的元素或步骤，还可以包括未明确列举的其它元素或步骤。此外，如这里所使用的，术语“一个”或“一种”在与元素结合使用时可以表示“一个”，但是它也与“一个或多个”、“至少一个”和“一个或多于一个”的含义一致。因此，前面有“一”或“一种”的元素，如果没有更多的限制，并不排除存在另外相同的元素。

本发明涉及从低成本生物质(或其它含碳)起始材料合成高纯度结晶片状石墨。更具体地，本发明涉及通过激光照射从低成本生物质(或其它含碳)起始材料合成高纯度结晶片状石墨。在一些情况下，本发明涉及将低成本生物质(或其它含碳材料)转化为热解油、热解气体(合成气)和烧焦物(生物烧焦物或含碳烧焦物)，以及随后通过激光照射将烧焦物转化为高纯度结晶片状石墨。

根据本公开的各个方面的方法从任何合适的生物质或含碳原料如农业、工业/城市废物或能源作物生产高纯度、高度结晶的合成片状石墨。在一些情况下，合适的生物质原料可以是但不限于木质素、木质纤维素、微晶纤维素、木粉或锯屑、脱水农产品如玉米秸秆(即，穗轴、茎秆和叶)、脱水食品废物、脱水牲畜粪便、芒草、柳枝稷、***、杨树、柳树、高粱、甘蔗、竹子、龙舌兰、苜蓿、谷物(例如，大麦、玉米、燕麦黑麦、小麦)、藻类、油棕或前述物质的任意组合。其它可石墨化和不可石墨化的含碳材料也可用作片状石墨形成的原料，包括人造和天然聚合物、塑料、泥炭、煤、沥青、焦炭、炭黑、活性炭、中间相碳、木炭或前述物质的任意组合。也可以使用上述材料，生物质或其它的任何组合。

之前，如美国专利第8,262,942号和美国专利申请公开第2006/0137487号所说明，其他人试图通过在存在过渡金属盐如硝酸铁(ⅲ)、硝酸镍、硝酸铬、氯化铬、硝酸锰、硝酸钴和氯化镍的情况下将生物质原料加热到约1300℃来由生物质原料形成石墨。此类过渡金属盐的使用并没有引起石墨的产生，而是形成了中空的碳纳米球。

与使用金属盐的先前方法不同，根据本公开使用的催化剂是呈其元素态的金属或合金。所使用的催化剂可以是任何合适的元素金属、金属的组合、合金、合金的组合或合金和金属的组合。在一些情况下，元素金属可以是铁(Fe)、钴(Co)和镍(Ni)中的任何一种。在其它情况下，元素金属可以是钛(Ti)、锆(Zr)或铪(Hf)中的任何一种。在其它情况下，元素金属可以是钒(V)、铬(Cr)、钼(Mo)或钨(W)中的任何一种。在其它情况下，元素金属可以是钌(Ru)、铼(Rh)、钯(PD)或铂(Pt)中的任何一种。在其它情况下，元素金属可以是铜(Cu)、银(Ag)或金(Au)中的任何一种。在其它情况下，元素金属可以是锌(Zn)或镉(Cd)。在其它情况下，元素金属可以是铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、锡(Sn)或铅(Pb)中的任何一种。

在一些情况下，合金是钢。在一些情况下，合金可以是青铜或黄铜。在一些情况下，合金是具有钙、铈、铜、锗、金、铟、铁、镁、镍、铂、硅、钍和锌中的一种或多种的铝合金。在一些情况下，合金可以是砷合金，其具有锑、钴、铜、铟、铁、锰、镍、锡和锌中的一种或多种。在一些情况下，合金可以是铍铜合金。在一些情况下，合金可以是具有镍、银、锡和锌中的一种或多种的铜合金。在一些情况下，合金可以是具有锑、钆、钼、铌、硅、锡、钇和锆中的一种或多种的铁合金。在一些情况下，合金可以是具有锑、铬、铁钍、锡、钛、钨、钒和锌中的一种或多种的镍合金。在一些情况下，合金可以是具有铬、钨、镍、钼和钛中的一种或多种的钴合金。

催化剂可以呈粉末、晶粒、球体、薄片的形式或任何其它合适的形状。在催化剂呈粉末、晶粒或球体形式的情况下，每个单独的元素金属单元(例如，单独的颗粒、晶粒、球体)可以具有微米至毫米级的直径，范围为500至3.5目或更大。在一些情况下，所使用的催化剂可以呈箔、片、板的形式或任何其它合适的固体形式，其具有基于根据本公开所使用的方法的期望规模的任何合适的表面尺寸。

用于照射生物质或含碳原料的激光器可以是能够分解生物质/含碳原料以形成石墨前体并至少部分熔化催化剂的任何激光器。根据本公开的各个方面，所使用的激光器可以是以下中的任何一种：紫外(UV)发射激光器，诸如，例如准分子激光器(使用反应气体，诸如与惰性气体如氩、氪或氙混合的氯和氟)；红外(IR)发射激光器，诸如，例如固态红宝石或钕-YAG(钇铝石榴石)激光器；以及气体激光器，诸如例如氦激光器、氦氖激光器和CO激光器或CO2激光器、光纤激光器、染料激光器、半导体激光器、氟化氢激光器、氟化氘激光器、化学氧碘(COIL)激光器、全气相碘激光器(Agil)、NdCrYAG激光器、Er:YAG激光器、钬YAG(Ho:YAG)激光器和气体动力激光器。在一些情况下，激光器是连续波激光器。在其它情况下，激光器是单脉冲(通常称为长脉冲或正常模式)激光器。在其它情况下，激光器可以是单脉冲调Q激光器。在其它情况下，激光器可以是重复脉冲或扫描激光器。在其它情况下，激光器可以是锁模激光器。根据本公开的各个方面使用的激光器可以具有从1瓦到数兆瓦的连续或脉冲波功率，并且发射波长从10纳米到15微米的辐射。

根据本公开的各个方面，可以使用以下方法生产高纯度、高度结晶的合成片状石墨。首先，将生物质和/或含碳原料与催化剂组合，形成原料/催化剂混合物。任选地，然后可以将混合物研磨、碾磨或粉碎。在一些情况下，可以将混合物研磨、碾磨或粉碎或以其它方式形成粉末。所形成的粉末中颗粒的尺寸没有特别限制。粉末可以从非常细到非常粗。在一些情况下，粉末可以包括从例如500U.S.目或更低到3.5U.S.目或更高的筛孔尺寸颗粒。在一些情况下，粉末可以包括直径为约2mm或更大的颗粒。在一些情况下，粉末可以包括直径约为2.5μm或更小的颗粒。在一些情况下，原料/催化剂混合物的原料与催化剂的重量比范围为约3∶1至约4∶1。在其它情况下，原料/催化剂混合物的原料与催化剂的重量比范围为约4∶3至约4∶1。在其它情况下，原料/催化剂混合物的原料与催化剂的重量比范围为约0.5∶1至约10∶1，或者约0.75∶1至约9∶1，或者约1∶1至约8∶1，或者约5∶4至约7∶1，或者约4∶3至约6∶1，或者约3∶2至约5∶1，或者约2.5∶1至约4.5∶1。

然后使可以呈粉末形式的原料/催化剂混合物经受激光照射。尽管不受任何特定理论的束缚，但认为激光器将原料/催化剂混合物加热到熔化状态，将原料分解成石墨前体，例如多环芳香烃(polyaromatics)，并且石墨前体被吸附到熔化金属催化剂上。熔化的金属催化剂然后引发石墨在其上的沉淀和生长。然后，将形成的石墨与混合物中未反应(或未照射)的部分通过化学或物理方法分离并纯化。

根据本公开的各个方面，也可以使用以下方法生产高纯度、高度结晶的合成片状石墨。首先，将生物质和/或含碳原料与催化剂组合，形成原料/催化剂混合物。任选地，然后可以将混合物研磨、碾磨或粉碎。在一些情况下，可以将混合物研磨、碾磨或粉碎或以其它方式形成粉末，以提供更好的均匀性。在一些情况下，粉末可以包括从例如500U.S.目或更低到3.5U.S.目或更高的筛孔尺寸颗粒。在一些情况下，粉末可以包括直径为约2mm或更大的颗粒。在一些情况下，粉末可以包括直径为约2.5μm或更小的颗粒。在一些情况下，混合物的原料与催化剂的重量比为约3∶1至约4∶1。在其它情况下，混合物的原料与催化剂的重量比为约4∶3至约4∶1。在其它情况下，混合物的原料与催化剂的重量比为约0.5∶1至约10∶1，或者约0.75∶1至约9∶1，或者约1∶1至约8∶1，或者约5∶4至约7∶1，或者约4∶3至约6∶1，或者约3∶2至约5∶1，或者约2.5∶1至约4.5∶1。然后将原料/催化剂混合物压缩或以其它方式加工(例如通过挤出)成固体形式。固体形式可以采取任何合适的尺寸和基本上二维或三维的规则或不规则形状。二维固体形式形状的非限制性实例是板材、片、板和盘。三维固体形式形状的非限制性实例可以是小球、棒、圆柱体、长方体、三棱柱、角锥体、球体和卵形体。

然后使固体形式的原料/催化剂混合物经受激光照射。激光器加热固体形式的原料/催化剂混合物，熔化催化剂并将原料分解成石墨前体，例如多环芳香烃，并且石墨前体被吸附到熔化的催化剂上。熔化的催化剂然后引发石墨在其上沉淀和生长。然后将形成的石墨与固体形式的未反应(或未照射)部分通过化学或物理方式分离，并任选地纯化。在一些情况下，激光器可以是不动的，并且固体形式可以沿其轴(或一个或多个轴)旋转或平移和/或相对于激光器光栅化。也就是说，固体形式(以及任何下面的热稳定基底，如果存在的话)可以围绕第一轴旋转和/或沿着第二轴(优选地，垂直于第一轴)或相对于激光器的一个或多个轴移动，使得激光器以从一侧到另一侧的直线从上到下照射固体形式的一个或多个侧面。在其它情况下，固体形式(以及任何下面的热稳定基底)是不动的，并且激光器被配置为移动。在这种情况下，激光器移动以从上到下的直线从一侧到另一侧照射固体形式。在其它情况下，固体形式(和任何下面的热稳定基底)和激光器都相对于彼此移动，诸如，例如固体形式的同时平移(和或旋转)和激光器从一侧移动到另一侧。或者，固体形式，特别是如果呈三维和/或粉末形式，可以通过浇注、吹制、推动、拉动或其它合适的方法使其平移和/或旋转而穿过激光。

根据本公开的各个方面，也可以使用以下方法生产高纯度、高度结晶的合成片状石墨。首先，将生物质和/或含碳原料与催化剂组合，形成原料/催化剂混合物。任选地，然后可以将混合物研磨、碾磨或粉碎。在一些情况下，可以将混合物研磨、碾磨或粉碎或以其它方式形成粉末，以提供更好的均匀性。粉末中颗粒的尺寸没有特别限制。粉末可以从非常细到非常粗。在一些情况下，粉末可以包括从例如500U.S.目或更低到3.5U.S.目或更高的筛孔尺寸颗粒。在一些情况下，粉末可以包括直径为约2mm或更大的颗粒。在一些情况下，粉末可以包括直径为约2.5μm或更小的颗粒。在一些情况下，混合物的原料与催化剂的重量比为约3∶1至约4∶1。在其它情况下，混合物的原料与催化剂的重量比为约4∶3至约4∶1。在其它情况下，混合物的原料与催化剂的重量比为约0.5∶1至约10∶1，或者约0.75∶1至约9∶1，或者约1∶1至约8∶1，或者约5∶4至约7∶1，或者约4∶3至约6∶1，或者约3∶2至约5∶1，或者约2.5∶1至约4.5∶1。

然后使混合物在热稳定的基底上形成片或层。可以使用本领域已知的任何合适的方法，例如工业压片机或辊压机组件，使混合物压缩在热稳定的基底上以形成片或层。或者，可以使用本领域已知的任何合适的方式使混合物沉积在热稳定的基底上以形成片或层，这些方式诸如，例如以浆料形式涂覆、喷涂或通过挤出。

然后使片或层经受激光照射。尽管不受任何特定理论的束缚，但认为激光器加热原料/催化剂混合物的片或层，熔化催化剂并将原料分解成石墨前体，例如多环芳香烃，并且石墨前体被吸附到熔化的催化剂上。熔化的催化剂然后引发石墨在其上沉淀和生长。然后将形成的石墨与片或层的未反应(或未照射)部分通过化学或物理方式分离，并任选纯化。在一些情况下，激光器可以是不动的，并且片或层可以相对于激光器光栅化。也就是说，片或层(以及任何下面的热稳定基底)可以相对于激光器移动，使得激光器以从上到下的直线从一侧到另一侧照射片或层。在其它情况下，片或层(以及任何下面的热稳定基底)是不动的，并且激光器被配置为是移动的。在这种情况下，激光器移动以从上到下的直线从一侧到另一侧照射不动的片或层。在其它情况下，片或层(以及下面的热稳定基底)和激光器都相对于彼此移动，诸如，例如片或层的同时平移(和/或旋转)和激光器从一侧移动到另一侧。

根据本公开的各个方面，也可以使用以下方法生产高纯度、高度结晶的合成片状石墨。首先，将生物质和/或含碳原料涂覆在催化剂上，以在催化剂上形成原料的片或层。任选地，可以将含碳材料原料在涂覆前研磨、碾磨或粉碎。任选地，可以将含碳材料原料在涂覆之前研磨、碾磨或粉碎成粉末，以提供更好的均匀性。催化剂可以是任何合适的尺寸和基本上二维或三维的规则或不规则形状。二维固体形式形状的非限制性实例是板材、片、板或盘。三维固体形式形状的非限制性实例是小球、棒、圆柱体、长方体、三棱柱、角锥体、球体和卵形体。可以使用本领域已知的任何合适的方式使原料沉积在催化剂上以形成片或层，这些方式诸如，例如以浆料形式涂覆、喷涂或通过挤出。任选地，原料涂覆的催化剂可以被压缩以压缩原料，从而将原料形成催化剂上的压缩片或层。原料涂覆的催化剂的压缩可以使用本领域已知的任何合适的方法来完成，例如工业压片机或辊压机组件。

然后使原料涂覆的催化剂经受激光照射。尽管不受任何特定理论的束缚，但认为激光器加热原料涂覆的催化剂，使催化剂的表面熔化，并将原料分解成石墨前体，例如多环芳香烃，并且石墨前体被吸附到熔化的催化剂的表面上。石墨前体被吸附在其上的熔化的催化剂的表面然后引发石墨在其上沉淀和生长。然后将形成的石墨与原料片或层的未反应(或未照射)部分通过化学或物理方式分离，并任选纯化。在一些情况下，激光器可以是不动的，并且原料涂覆的催化剂可以相对于激光器光栅化。也就是说，原料涂覆的催化剂(和任何下面的热稳定基底)可以相对于激光器移动，使得激光器以从上到下的直线从一侧到另一侧照射片或层。在其它情况下，原料涂覆的催化剂(以及任何下面的热稳定基底)是不动的，并且激光器被配置为移动。在这种情况下，激光器移动以从上到下的直线从一侧到另一侧照射不动的原料涂覆的催化剂。在其它情况下，原料涂覆的催化剂(和下面的热稳定基底)和激光器都相对于彼此移动，例如原料涂覆的催化剂的同时平移(和/或旋转)以及激光器从一侧移动到另一侧。

根据本公开的各个方面，也可以使用以下方法生产高纯度、高度结晶的合成片状石墨。首先，将生物质和/或含碳原料与催化剂组合，形成原料/催化剂混合物。任选地，可以将混合物研磨、碾磨或粉碎。任选地，可以将混合物研磨、碾磨或粉碎成粉末，以提供更好的均匀性。粉末中颗粒的尺寸没有特别限制。粉末可以从非常细到非常粗。在一些情况下，粉末可以包括从例如500U.S.目或更低到3.5U.S.目或更高的筛孔尺寸颗粒。在一些情况下，粉末可以包括直径约2mm或更大的颗粒。在一些情况下，粉末可以包括直径为约2.5μm或更小的颗粒。在一些情况下，混合物的原料与催化剂的重量比为约3∶1至约4∶1。在其它情况下，混合物的原料与催化剂的重量比为约4∶3至约4∶1。在其它情况下，混合物的原料与催化剂的重量比为约0.5∶1至约10∶1，或者约0.75∶1至约9∶1，或者约1∶1至约8∶1，或者约5∶4至约7∶1，或者约4∶3至约6∶1，或者约3∶2至约5∶1，或者约2.5∶1至约4.5∶1。

然后使原料/催化剂混合物经受热解(例如，缓慢或快速热解)，以将混合物转化成含催化剂的烧焦物、热解油和热解气体(合成气)。热解可以在约200至约1500℃，或者约200至约1200℃，或者约250至约1000℃，或者约400至约1000℃的温度下进行。然后将热解油和热解气体作为废物移除或保留以供用于其它用途。然后使含催化剂的烧焦物经受激光照射。尽管不受任何特定理论的束缚，但认为激光器将含催化剂的烧焦物加热到熔化状态，将含催化剂烧焦物的含碳组分分解成石墨前体，例如多环芳香烃，并且石墨前体被吸附到熔化的催化剂上。还认为熔化的催化剂然后引发石墨在其上的沉淀和生长。然后将形成的石墨与生物烧焦物的未反应(或未照射)部分通过化学或物理方式分离，并任选地纯化。

根据本公开的各个方面，也可以使用以下方法生产高纯度、高度结晶的合成片状石墨。首先，将生物质和/或含碳原料与催化剂组合，形成原料/催化剂混合物。任选地，可以将混合物研磨、碾磨或粉碎。任选地，可以将混合物研磨、碾磨或粉碎成粉末，以提供更好的均匀性。粉末中颗粒的尺寸没有特别限制。粉末可以从非常细到非常粗。在一些情况下，粉末可以包括从例如500U.S.目或更低到3.5U.S.目或更高的筛孔尺寸颗粒。在一些情况下，粉末可以包括直径为约2mm或更大的颗粒。在一些情况下，粉末可以包括直径为约2.5μm或更小的颗粒。在一些情况下，混合物的原料与催化剂的重量比为约3∶1至约4∶1。在其它情况下，粉末的原料与催化剂的重量比为约4∶3至约4∶1。在其它情况下，混合物的原料与催化剂的重量比为约0.5∶1至约10∶1，或者约0.75∶1至约9∶1，或者约1∶1至约8∶1，或者约5∶4至约7∶1，或者约4∶3至约6∶1，或者约3∶2至约5∶1，或者约2.5∶1至约4.5∶1。

然后将原料/催化剂混合物压缩或以其它方式加工(例如通过挤出)成固体形式。固体形式可以采取任何合适的尺寸和基本上二维或三维的规则或不规则形状。二维固体形式形状的非限制性实例可以是板材、片、板和盘。三维立体固体形式形状的非限制性实例可以是小球、棒、圆柱体、长方体、三棱柱、角锥体、球体和卵形体。然后使固体形式经受热解(例如，缓慢或快速热解)，以将固体形式转化成含催化剂的烧焦物、热解油和热解气体。热解可以在约200至约1500℃，或者约200至约1200℃，或者约250至约1000℃，或者约400至约1000℃的温度下进行。然后将热解油和热解气体作为废物移除或保留以供用于其它应用。然后使含催化剂的烧焦物经受激光照射。尽管不受任何特定理论的束缚，但认为激光器将含催化剂的烧焦物加热到熔化状态，将含催化剂的烧焦物的含碳组分分解成石墨前体，例如多环芳香烃，并且石墨前体被吸附到熔化的催化剂上。还认为熔化的催化剂然后引发石墨在其上的沉淀和生长。然后，将形成的石墨与烧焦物的未反应(或未照射)部分通过化学或物理方式分离，并任选地纯化。在一些情况下，激光器可以是不动的，并且含催化剂的烧焦物可以沿着其轴旋转或平移和/或相对于激光器光栅化。也就是说，烧焦物(和任何下面的热稳定基底)可以相对于激光器围绕第一轴旋转和/或沿着第二轴(优选地，垂直于第一轴)移动，使得激光器以从一侧到另一侧的直线从上到下照射烧焦物的一个或多个侧面。在其它情况下，烧焦物(以及任何下面的热稳定基底)是不动的，并且激光器被配置为移动。在这种情况下，激光器移动以从上到下的直线从一侧到另一侧照射不动的烧焦物。或者，可以使烧焦物，特别是如果呈三维或粉末形式通过浇注、吹制、推动或其它合适的方法使其平移和/或旋转而穿过激光。

根据本公开的各个方面，也可以使用以下方法生产高纯度、高度结晶的合成片状石墨。首先，将生物质和/或含碳原料与催化剂组合，形成原料/催化剂混合物。任选地，可以将混合物研磨、碾磨或粉碎。任选地，可以将混合物研磨、碾磨或粉碎成粉末，以提供更好的均匀性。粉末中颗粒的尺寸没有特别限制。粉末可以从非常细到非常粗。在一些情况下，粉末可以包括例如500U.S.目或更低到3.5U.S.目或更高的筛孔尺寸颗粒。在一些情况下，粉末可以包括直径为约2mm或更大的颗粒。在一些情况下，粉末可以包括直径为约2.5μm或更小的颗粒。在一些情况下，混合物的原料与催化剂的重量比范围为约3∶1至约4∶1。在其它情况下，混合物的原料与催化剂的重量比范围为约4∶3至约4∶1。在其它情况下，混合物的原料与催化剂的重量比范围为约0.5∶1至约10∶1，或者约0.75∶1至约9∶1，或者约1∶1至约8∶1，或者约5∶4至约7∶1，或者约4∶3至约6∶1，或者约3∶2至约5∶1，或者约2.5∶1至约4.5∶1。

然后使原料/催化剂混合物在热稳定的基底上形成片或层。可以使用本领域已知的任何合适的方式，例如工业压片机或辊压机组件，使混合物压缩在热稳定的基底上以形成片或层。或者，可以使用本领域已知的任何合适的方式使混合物沉积在热稳定的基底上，以形成片或层，这些方式诸如，例如以浆料形式涂覆、喷涂或挤出。然后使片或层经受热解(例如缓慢或快速热解)以将混合物转化成含催化剂的烧焦物、热解油和热解气体。热解可以在范围为约200至约1500℃，或者约200至约1200℃，或者约250至约1000℃，或者约400至约1000℃的温度下进行。然后将热解油和热解气体作为废物移除或保留以供用于其它用途。然后使现包含含催化剂的烧焦物的片或层经受激光照射。尽管不受任何特定理论的束缚，但认为激光器将含催化剂的烧焦物加热到熔化状态，将含催化剂的烧焦物的含碳组分分解成石墨前体，例如多环芳香烃，并且石墨前体被吸附到熔化的催化剂上。还认为熔化的催化剂随后引发石墨在其上的沉淀和生长。然后将形成的石墨与片或层的未反应(或未照射)部分通过化学或物理方式分离，并任选地纯化。在一些情况下，激光器可以是不动的，并且片或层可以相对于激光器光栅化。也就是说，片或层(以及下面的热稳定基底)可以相对于激光器移动，使得激光器以从上到下的直线从一侧到另一侧照射片或层。在其它情况下，片或层(以及下面的热稳定基底)是不动的，并且激光器被配置为移动的。在这种情况下，激光器移动以从上到下的直线从一侧到另一侧照射不动的压缩片或层。可选地，可以通过使用本领域普通技术人员已知的任何合适的方式，例如刮片或气刀，将烧焦物从基底上移除，并通过浇注、吹制、推动或其它合适的方法使其平移和/或旋转而穿过激光。

根据本公开的各个方面，也可以使用以下方法生产高纯度、高度结晶的合成片状石墨。首先，将生物质和/或含碳原料涂覆在催化剂上，以在催化剂上形成原料片或层。任选地，可以将原料研磨、碾磨或粉碎。任选地，可以将原料在涂覆前研磨、碾磨或粉碎成粉末，以提供更好的均匀性。粉末中颗粒的尺寸没有特别限制。粉末可以从非常细到非常粗。催化剂可以是任何合适的尺寸和基本上二维或三维的规则或不规则形状。二维固体形式形状的非限制性实例可以是板材、片、板和盘。三维固体形式形状的非限制性实例可以是小球、棒、圆柱体、长方体、三棱柱、角锥体、球体和卵形体。可以使用本领域已知的任何合适的方式将原料的片或层沉积在催化剂上，这些方式诸如，例如以浆料形式涂覆、喷涂或通过挤出。任选地，原料涂覆的催化剂可以被压缩以压缩原料，从而将原料形成催化剂上的压缩片或层。原料涂覆的催化剂的压缩可以使用本领域已知的任何合适的方式来完成，例如工业压片机或辊压机组件。

然后使原料涂覆的催化剂经受热解(例如，缓慢或快速热解)，以将原料转化为催化剂上的烧焦物层、热解油和热解气体。也就是说，将原料涂覆的催化剂通过热解转化成烧焦物涂覆的催化剂。热解可以在约200至约1500℃，或者约200至约1200℃，或者约250至约1000℃，或者约400至约1000℃的温度下进行。然后将热解油和热解气体作为废物移除或保留以供用于其它用途。然后使烧焦物涂覆的催化剂经受激光照射。激光器加热烧焦物涂覆的催化剂，熔化催化剂的表面，并将烧焦物分解成石墨前体，例如多环芳香烃，并且石墨前体被吸附到表面熔化的催化剂上。熔化的催化剂的表面然后引发石墨在其上的沉淀和生长。然后将形成的石墨与片或层的未反应(或未照射)部分通过化学或物理方式分离，并任选地纯化。在一些情况下，激光器可以是不动的，并且烧焦物涂覆的催化剂可以相对于激光器光栅化。也就是说，烧焦物涂覆的催化剂(和任何下面的热稳定基底)可以相对于激光器移动，使得激光器以从上到下的直线从一侧到另一侧照射片或层。在其它情况下，烧焦物涂覆的催化剂(以及任何下面的热稳定基底)是不动的，并且激光器被配置为移动的。在这种情况下，激光器移动以从上到下的直线从一侧到另一侧照射不动的烧焦物涂覆的催化剂。在其它情况下，烧焦物涂覆的催化剂(和下面的热稳定基底)和激光器都相对于彼此移动，诸如，例如片或层的同时平移(和/或旋转)以及激光器从一侧移动到另一侧。

根据本公开的各个方面，原料、催化剂和/或原料/催化剂混合物的片/层或固体形式的形成可以使用本领域已知的组件，使用以下范围的压力来完成：约100磅/平方英寸(psi)至约150,000psi或任何任意上限的压力，或者约1,000至约135,000psi，或者约5,000至约120,000psi，或者约5,000至约100,000psi，或者约5,000至约90,000psi，或者约10,000至约90,000psi，以及约20,000至约90,000psi。

当在二维固体形式如片或层上进行激光照射时，根据本公开的各个方面的光栅化过程可以适合于石墨形成的任何速率(距离单位/时间单位)进行。将容易理解的是，光栅化的速率将控制片或层的任何特定部分将经受激光照射的时间量，并且激光照射的量将影响最终石墨产率。

当对三维固体形式如小球、棒、圆柱体、长方体、三棱柱、角锥体、球体和卵形体进行激光照射时，根据本公开的各个方面的旋转和光栅化过程可以任何适于石墨形成的速率(距离单位/时间单位)进行。将容易理解的是，旋转和光栅化的速率将控制固体形式的任何特定部分将经受激光照射的时间量，并且激光照射的量将影响最终石墨产率。

如上所讨论，根据本公开的各个方面，将所形成的石墨与烧焦物粉末的未反应(或未照射)的部分通过化学或物理方式分离，并任选地纯化。这些方法包括但不限于筛分、磨蚀(abrasion)、磁选、浮选、碾磨、用HNO₃氧化、用HCl洗涤然后在空气中加热，或上述方法的任意组合。为了确保最终产品中没有金属沉淀物(例如，金属催化剂的沉淀物)，可以用酸性溶液(例如1M的HCl)进行洗涤，然后进行H₂O中和。

通过上述方法中的一种或多种产生的热解油和热解气体中的能量含量将足以满足热解油、热解气体和石墨生产的能量需求，并且很可能会产生过量的热解油和热解气体作为副产物。当使用生物质起始材料时，该过程是碳净负的(carbon net negative)，来自净零燃料(生物油和合成气)的能量将用于转化由大气CO₂生长的生物质，并将其隔离在高价值和极其稳定的材料中。

如上所述，用于生产石墨(以及共同生产的热解油和热解气体)的生物质(或其它含碳材料)原料可以来自任何数量的廉价来源。根据本公开的各个方面的方法在经济上可能极具竞争力，生产如此高质量的石墨，使得其与天然和合成片状石墨一样纯且高度有序，每吨价格可为10,000至30,000美元，但生产成本仅为其一小部分。例如，锯屑的价值为约40美元/吨。使用本公开的方法，需要8吨(320美元)锯屑来生产1吨以上的电池级(或更好)石墨。这低于合成石墨所需的原料的价格(每生产一吨石墨，需要价格为约450-500美元/吨的约1吨煅烧针状石油焦炭+价格为约400美元/吨的约1/4吨沥青)，并且本公开的方法不具有当前合成石墨生产的高能耗和长反应时间。使用替代性含碳原料，诸如褐煤(20美元/吨)，或城市或其它废物，可以进一步降低价格。假设运输、折旧、人工和其它杂项费用与当前合成石墨相似，通过本文公开的方法制造的石墨生产和交付给最终用户要便宜得多。

实施例

在下面的实施例中，使用Firestar t60(Synrad Inc.)CO₂激光器和RF-600电源用于将生物质转化为结晶片状石墨。使用具有Cu Kα辐射的Rigaku Miniflex+衍射计获得粉末x射线衍射(PXRD)数据。用配备有532nm波长二极管激光器的Horiba LabRAM HR演化拉曼显微镜(Horiba LabRAM HR Evolution Raman microscope)获得拉曼光谱。使用Talos200X(FEI)透射电子显微镜获得透射电子显微镜(TEM)显微照片，并使用其Super-X能量色散光谱(Energy Dispersive Spectroscopy,EDS)检测器在STEM操作模式下获得元素分析。使用Teneo LV扫描电子显微镜(FEI)及其透镜内二次电子检测器获得扫描电子显微镜(SEM)显微照片，并使用20kV加速电压使用其EDS检测器(EDAX)进行元素分析。使用BET方法从用Tri-Star 3000(Micrometrics)获得的氮吸附等温线确定表面积。Tri-Star的三个样品测量口中的一个配备有空的样品管，在每次测量样品上的平衡蒸汽压(P)时，用该样品管同时测量N₂的饱和蒸汽压(P₀)。等温线吸附数据在0.05至0.3P₀/P记录。

电极制备。通过以下方式制备阳极：将90-180mg石墨产品材料与4-10mg炭黑(Super C45，TIMCAL America Inc.)、40-100μL乙醇(200proof，Pharmco-Aapar)和100-400μL的2.5-5％的Li-聚丙烯酸酯粘合剂溶液混合，所述粘合剂溶液通过将聚(丙烯酸)(1000kDa，Polysciences)溶解在去离子水中并用LiOH(95％,Strem)中和而制备。使用不锈钢杯(10mL)和六个不锈钢球(直径5mm)用球磨机(Pulverisette 23MiniMill,FritschGmbH)以50Hz进行混合15min，以形成浆料。将浆料浇铸到铜箔上(0.127mm，99.9％，AlfaAesar)，并在150℃下真空干燥2小时。使用模切机(MSK-T-07Precision Disc Cutter，MTIInc.)从所得片上切割圆形电极(直径16mm)。电极的面积质量为1-3mg/cm²。

电化学测试。在Ar填充的干燥箱(<0.1ppm的O₂和H₂O)中组装纽扣电池(CR2016，MTIInc.)，该纽扣电池含有活性材料和Li金属(99.9％，MTI Inc.)电极，由聚丙烯多孔膜(Celgard 3401)和EC:DMC(碳酸亚乙酯:碳酸二甲酯，1:1v/v)与按体积计10％FEC(碳酸氟乙烯酯，>99％，Solvay)电解质的混合物(电池级，H₂O含量<15ppm，Sigma Aldrich)中的1M的LiF₆隔开。使用Arbin BT-2000进行恒电流循环。电池以恒定电流在5mV至20mV范围内的开路电压至截止电位之间循环，然后在反向电流至1.5V与Li/Li⁺下循环。使电池在放电和充电之间静止15分钟。

热重分析(TGA)。使用Perkin Elmer Pyris 1TGA进行TGA。发现从以下实施例中生产的样品获得的热分析图具有与高级合成石墨几乎相同的失重起始温度，并且在所有情况下都有100％的失重，表明纯度极高(接近100％)。

灰化。将陶瓷坩埚和盖子(23mL,Fisher)在空气中于900℃下加热5小时，用去离子水冲洗，并于120℃下干燥1小时，然后在进行任何实验之前储存在温度低至室温的干燥器中。所有重量测量均在Ohaus Analytical Plus 250D上进行(额定精度为0.02mg，并且线性度为0.03mg)。通过计算20mg标准物质的质量的标准偏差，测量精度被确定为0.03mg，该标准物质在室温、干燥的配衡坩埚中测量10次，每次测量后允许天平返回到0.00000g。通过记录以10°/min的升温速率加热至900℃前后空坩埚的质量，在该温度下保持5小时，从炉中取出并在干燥器中冷却至室温，确定质量再现性在所测量精度内。

对于每次灰分测定，将石墨(300mg)装入室温、干燥、预称重的坩埚中，并测定其质量。然后将坩埚装上盖子，放入muffle炉(Barnstead Thermolyne 1500)，以10℃/min的升温速率加热至900℃，在此温度下保持5小时，取出并在干燥器中冷却至室温，然后测量其最终质量。将样品灰分含量测定为加热程序前后坩埚质量的差值。灰化实验表明，在以下实施例中生产的样品具有99.9％或更高的纯度。

元素分析。生物烧焦物的C、H和N(PerkinElmer 2400Series II CHNS/OAnalyzer)和O(Thermo Finnigan FlashEA^TM Elemental Analyzer)分析由GalbraithLaboratories,Inc进行。石墨的全扫描痕量杂质元素分析由EAG实验室使用辉光放电质谱(Glow Discharge Mass Spectrometry,GDMS)进行。

实施例1

使用行星磨机(Pulverisette 6，Fritsch GmbH)以300rpm持续30min将微晶纤维素(8g,Avicel PH-105NF,FMC BioPolymer)和Ni粉(2g，99.5％100目，Strem)装入具有10个球(直径1cm)的硬化钢杯(80mL，Fritsch GmbH)中。将所得粉末均匀地分开并以5吨的力压制成两个直径为20mm的小球(10.8mm厚)，并用钻床在其中心钻1/4”孔，得到每个小球的最终质量为3.8g。然后将小球在N₂气(30mL/min)下以10℃/min的升温速率从室温加热到400℃，并保持30min的总加热时间，在此期间热解油和热解气体形成，并且小球质量减少到1.45g。冷却后，将烧焦的小球串在1/4”直径不锈钢杆上，然后将该不锈钢杆垂直放入不锈钢四通十字形架(4-way cross)中，馈通配备有Ultra-Torr^TM真空配件(Swagelok)的上法兰，并固定至步进马达(STM-23,Applied Motion Products)。将腔室抽真空至10^-3托，并用流动He维持在0.5托。

然后由直径为2mm的10.4μm激光束(Firestar t60,Synrad Inc.,95％功率)通过具有抗反射涂层的ZnSe窗口(Design Research Optics)照射小球，同时以1.2rev/min全程旋转。将暴露于激光的小球的表面通过温和磨蚀去除，并将所得粉末在具有10个球(直径1cm)的回火钢杯(80mL)中以100rpm研磨5min。

然后通过用HNO₃氧化或用HCl洗涤，然后在空气中加热来纯化研磨的粉末。将粗产物(400mg)分散在40mL浓HNO₃或50:50v/v％的浓HCl/水溶液中，并在10min内从室温升至190℃，并使用MARS 5消解微波系统(CEM Corp.)在190℃下再保持20min。用300mL去离子水稀释溶液，通过真空过滤(1微米聚酯，GVS Life Sciences)收集产物，然后用去离子水反复洗涤，直到获得中性的pH，接着用1M的NaOH洗涤并进行H₂O中和。为了确保产物中没有留下金属沉淀物，用10v/v％的HCl溶液洗涤，然后进行H₂O中和。对于HNO₃和HCl处理的材料，真空干燥后纯化产物的最终质量分别为104mg和160mg。将用HCl处理的产物在空气中在450℃下另外氧化2小时，最终产物质量为110mg。

图1是实施例1中生产的石墨(层间距0.3360nm)的PXRD图谱。如图所示，所生产的石墨展现出的反射具有指示结晶石墨的相应米勒指数(002)、(100)、(101)和(004)。图2是实施例1中生产的石墨的拉曼光谱。如图所示，实施例1中生产的石墨展现出在约1350cm^-1处的D带，其存在于所有多芳烃中；在约1580cm^-1处的G带，指示所有sp²原子对(此处为碳原子)的键拉伸；以及在约2700cm^-1处的2D带(有时称为G’带)，指示石墨烯堆叠。

图3是实施例1中生产的石墨的SEM显微照片。可以看出，所生产的石墨的形态在物理上可以被描述为呈“马铃薯”形聚集体形式的薄片。

图4是实施例1中生产的石墨晶格的TEM显微照片。如图4所示，石墨的单个石墨烯层之间的间距约为0.335nm。

图5是实施例1中生产的石墨在以C/4(以安培计的充电速率是以安培-小时计的总容量的四分之一)恒定电流充电和放电速率循环的多次循环中的充电容量的图形显示。可以看出，石墨在超过600次循环中保持约310mAh/g的几乎恒定的充电容量。图6是由实施例1生产的石墨的以C/20恒定电流充放电速率循环的第一次恒电流循环的图形显示，显示了石墨锂化阶段典型的低电压稳定期(low voltage plateaus)。

实施例2

使用行星磨机(Pulverisette 6，Fritsch GmbH)以300rpm持续30min将微晶纤维素(8g,Avicel PH-105NF,FMC BioPolymer)和-22目Fe粉(2g,99.998％,Alfa产品编号10621)装入具有10个球(直径1cm)的硬化钢杯(80mL，Fritsch GmbH)中。将所得粉末均匀地分开并以5吨的力压制成两个直径为20mm的小球(10.8mm厚)，并用钻床在其中心钻1/4”孔，然后将小球在N₂气(30mL/min)下以10℃/min的升温速率从室温加热到400℃，并保持30min的总加热时间，在此期间热解油和热解气体形成，并且小球质量减少。冷却后，将烧焦的小球串在1/4”直径不锈钢杆上，然后将该不锈钢杆垂直放入不锈钢四通十字形架中，馈通配备有Ultra-Torr^TM真空配件(Swagelok)的上法兰，并固定至步进马达(STM-23,AppliedMotion Products)。将腔室抽真空至10^-3托，并用流动He维持在0.5托。

然后由直径为2mm的10.4μm激光束(Firestar t60,Synrad Inc.,95％功率)通过具有抗反射涂层的ZnSe窗口(Design Research Optics)照射小球，同时以1.2rev/min全程旋转。将暴露于激光的小球的表面通过温和磨蚀去除，并将所得粉末在具有10个球(直径1cm)的回火钢杯(80mL)中以100rpm研磨5min。

然后通过用HNO₃氧化来纯化研磨的粉末。将粗产物分散在40mL浓HNO₃中，并在10min内从室温升至190℃，并使用MARS 5消解微波系统(CEM Corp.)在190℃下再保持20min。用300mL去离子水稀释溶液，通过真空过滤(1微米聚酯，GVS Life Sciences)收集产物，然后用去离子水反复洗涤，直到获得中性的pH，接着用1M的NaOH洗涤并进行H₂O中和。为了确保产物中没有留下金属沉淀物，用10v/v％的HCl溶液洗涤，然后进行H₂O中和。

图7是实施例2中生产的石墨(层间距0.3356nm)的PXRD图谱。如图所示，所生产的石墨展现出的反射具有指示结晶石墨的相应米勒指数(002)、(100)、(101)和(004)。

实施例3

使用行星磨机(Pulverisette 6，Fritsch GmbH)以300rpm持续30min将微晶纤维素(8g,Avicel PH-105NF,FMC BioPolymer)和Co粉(2g,99.8％100目，Strem)装入具有10个球(直径1cm)的硬化钢杯(80mL，Fritsch GmbH)中。将所得粉末均匀地分开并以5吨的力压制成两个直径为20mm的小球(10.8mm厚)，并用钻床在其中心钻1/4”孔，然后将小球在N₂气(30mL/min)下以10℃/min的升温速率从室温加热到400℃，并保持30min的总加热时间。冷却后，将烧焦的小球串在1/4”直径不锈钢杆上，然后将该不锈钢杆垂直放入不锈钢四通十字形架中，馈通配备有Ultra-Torr^TM真空配件(Swagelok)的上法兰，并固定至步进马达(STM-23,Applied Motion Products)。将腔室抽真空至10^-3托，并用流动He维持在0.5托。

然后由直径为2mm的10.4μm激光束(Firestar t60,Synrad Inc.,95％功率)通过具有抗反射涂层的ZnSe窗口(Design Research Optics)照射小球，同时以1.2rev/min全程旋转。将暴露于激光的小球的表面通过温和磨蚀去除，并将所得粉末在具有10个球(直径1cm)的回火钢杯(80mL)中以100rpm研磨5min。

然后通过用HNO₃氧化来纯化研磨的粉末。将粗产物分散在40mL浓HNO₃中，并在10min内从室温升至190℃，并使用MARS 5消解微波系统(CEM Corp.)在190℃下再保持20min。用300mL去离子水稀释溶液，通过真空过滤(1微米聚酯，GVS Life Sciences)收集产物，然后用去离子水反复洗涤，直到获得中性的pH，接着用1M的NaOH洗涤并进行H₂O中和。为了确保产物中没有留下金属沉淀物，用10v/v％的HCl溶液洗涤，然后进行H₂O中和。

图8是实施例3中生产的石墨(层间距0.3360nm)的PXRD图谱。如图所示，所生产的石墨展现出的反射具有指示结晶石墨的相应米勒指数(002)、(100)、(101)和(004)。图9是实施例3中生产的石墨的拉曼光谱。如图所示，实施例3中生产的石墨展现出在约1350cm^-1处的D带，在约1580cm^-1处的G带，以及在约2700cm^-1处的2D带。

图10是实施例3中生产的石墨的SEM显微照片。可以看出，所生产的石墨的形态在物理上可以被描述为呈“马铃薯”形聚集体形式的薄片。

图11是在实施例3中生产的石墨在以C/4恒定电流充电和放电速率循环多次循环中的充电容量的图形显示。可以看出，石墨在超过50次循环中保持约340mAh/g的几乎恒定的充电容量。

实施例4

使用行星磨机(Pulverisette 6，Fritsch GmbH)以300rpm持续30min将微晶纤维素(8g,Avicel PH-105NF,FMC BioPolymer)和Co粉(2g,99.8％100目，Strem)装入具有10个球(直径1cm)的硬化钢杯(80mL，Fritsch GmbH)中。将所得粉末均匀地分开并以12吨的力压制成两个直径为20mm的小球(10.8mm厚)，并用钻床在其中心钻1/4”孔，然后将小球在N₂气(30mL/min)下以10℃/min的升温速率从室温加热到400℃，并保持30min的总加热时间。冷却后，将烧焦的小球串在1/4”直径不锈钢杆上，然后将该不锈钢杆垂直放入不锈钢四通十字形架中，馈通配备有Ultra-Torr^TM真空配件(Swagelok)的上法兰，并固定至步进马达(STM-23,Applied Motion Products)。将腔室抽真空至10^-3托，并用流动He维持在0.5托。

然后由直径为2mm的10.4μm激光束(Firestar t60,Synrad Inc.,95％功率)通过具有抗反射涂层的ZnSe窗口(Design Research Optics)照射小球，同时以1.2rev/min全程旋转。将暴露于激光的小球的表面通过温和磨蚀去除，并将所得粉末在具有10个球(直径1cm)的回火钢杯(80mL)中以100rpm研磨5min。

然后通过用HNO₃氧化来纯化研磨的粉末。将粗产物分散在40mL浓HNO₃中，并在10min内从室温升至190℃，并使用MARS 5消解微波系统(CEM Corp.)在190℃下再保持20min。用300mL去离子水稀释溶液，通过真空过滤(1微米聚酯，GVS Life Sciences)收集产物，然后用去离子水反复洗涤，直到获得中性的pH，接着用1M的NaOH洗涤并进行H₂O中和。为了确保产物中没有留下金属沉淀物，用10v/v％的HCl溶液洗涤，然后进行H₂O中和。

图12是实施例4中生产的石墨(层间距0.3355nm)的PXRD分图谱。

图12的插图是图谱的40-100度2θ区域的放大视图，以更清楚地显示低强度反射。如图所示，所生产的石墨展现出的反射具有指示结晶石墨的相应米勒指数(002)、(100)、(101)、(004)、(110)和(112)。插图中示出具有指示结晶石墨的米勒指数(102)、(103)、(006)和(201)的附加反射。

图13是实施例4中生产的石墨的SEM显微照片。图13的插图是高放大倍数显微照片(1微米比例尺)。可以看出，所生产的石墨在物理上可以被描述为长度在约50至约110μm范围内的呈马铃薯形聚集体的薄片。插图示出了马铃薯结构的高密度。

图14是实施例4中生产的石墨在以C/2恒定电流充电和放电速率循环的多次循环中的充电容量的图形显示。可以看出，石墨在超过50次循环中保持约370mAh/g的几乎恒定的充电容量。

实施例5

使用行星磨机(Pulverisette 6，Fritsch GmbH)以300rpm持续30min将木粉锯屑(8g,System Three Resin,Inc)和Co粉(2g,99.8％100目，Strem)装入具有10个球(直径1cm)的硬化钢杯(80mL，Fritsch GmbH)中。将所得粉末均匀地分开并以12吨的力压制成两个直径为20mm的小球(10.8mm厚)，并用钻床在其中心钻1/4”孔，得到每个小球的最终质量为3.7g。然后将小球在N₂气(30mL/min)下以10℃/min的升温速率从室温加热到400℃，并保持30min的总加热时间，在此期间热解油和热解气体形成，并且小球质量减少到1.5g。冷却后，将烧焦的小球串在1/4”直径不锈钢杆上，然后将该不锈钢杆垂直放入不锈钢四通十字形架中，馈通配备有Ultra-Torr^TM真空配件(Swagelok)的上法兰，并固定至步进马达(STM-23,Applied Motion Products)。将腔室抽真空至10^-3托，并用流动He维持在0.5托。然后由直径为2mm的10.4μm激光束(Firestar t60,Synrad Inc.,95％功率)通过具有抗反射涂层的ZnSe窗口(Design Research Optics)照射小球，同时以1.2rev/min全程旋转。将小球整体在具有10个球(直径1cm)的回火钢杯(80mL)中以100rpm研磨5min。通过用HNO₃氧化来进行纯化。将粗产物(400mg)分散在40mL浓HNO₃中，并在10min内从室温升至190℃，并使用MARS 5消解微波系统(CEM Corp.)在190℃下再保持20min。用300mL去离子水稀释溶液，通过真空过滤(1微米聚酯，GVS Life Sciences)收集产物，然后用去离子水反复洗涤，直到获得中性的pH，接着用1M的NaOH洗涤并进行H₂O中和。为了确保产物中没有留下金属沉淀物，用10％HCl溶液洗涤，然后进行H₂O中和。干燥粉末的最终产率为21％。

图15是实施例5中生产的石墨(层间距0.3356nm)的PXRD图谱。图15的插图是图谱的40-100度2θ区域的放大视图，以更清楚地显示低强度反射。如图所示，所生产的石墨展现出的反射具有指示结晶石墨的相应米勒指数(002)、(100)、(101)、(004)、(110)和(112)。插图中示出具有指示结晶石墨的米勒指数(102)、(103)、(006)和(201)的附加反射。

实施例6

使用行星磨机(Pulverisette 6，Fritsch GmbH)以300rpm持续30min将碱性木质素(8g,TCI America)和Fe粉(2g,-22目,99.998％Alfa Aesar)装入具有10个球(直径1cm)的硬化钢杯(80mL，Fritsch GmbH)中。将所得粉末均匀地分开并以5吨的力压制成两个直径为20mm的小球(10.8mm厚)，并用钻床在其中心钻1/4”孔，然后将小球在N₂气(30mL/min)下以10℃/min的升温速率从室温加热到600℃，并保持30min的总加热时间。冷却后，将烧焦的小球串在1/4”直径不锈钢杆上，然后将该不锈钢杆垂直放入不锈钢四通十字形架中，馈通配备有Ultra-Torr^TM真空配件(Swagelok)的上法兰，并固定至步进马达(STM-23,AppliedMotion Products)。将腔室抽真空至10^-3托，并用流动He维持在0.5托。

然后由直径为2mm的10.4μm激光束(Firestar t60,Synrad Inc.,95％功率)通过具有抗反射涂层的ZnSe窗口(Design Research Optics)照射小球，同时以1.2rev/min全程旋转。将暴露于激光的小球的表面通过温和磨蚀去除，并将所得粉末在具有10个球(直径1cm)的回火钢杯(80mL)中以100rpm研磨5min。

然后通过用HNO₃氧化来纯化研磨的粉末。将粗产物分散在40mL浓HNO₃中，并在10min内从室温升至190℃，并使用MARS 5消解微波系统(CEM Corp.)在190℃下再保持20min。用300mL去离子水稀释溶液，通过真空过滤(1微米聚酯，GVS Life Sciences)收集产物，然后用去离子水反复洗涤，直到获得中性的pH，接着用1M的NaOH洗涤并进行H₂O中和。为了确保产物中没有留下金属沉淀物，用10v/v％HCl溶液洗涤，然后进行H₂O中和。

图16是实施例6中生产的石墨(层间距0.3359nm)的PXRD图谱。如图所示，所生产的石墨展现出的反射具有指示结晶石墨的相应米勒指数(002)、(100)、(101)和(004)。

实施例7

使用行星磨机(Pulverisette 6，Fritsch GmbH)以300rpm持续30min将玉米穗轴(8g，当地杂货店，在120℃下脱水2小时，然后用配备有刀片的香料研磨机精细研磨)和Ni粉(2g,99.5％100目，Strem)装入具有10个球(直径1cm)的硬化钢杯(80mL，Fritsch GmbH)中。将所得粉末均匀地分开并以5吨的力压制成两个直径为20mm的小球(10.8mm厚)，并用钻床在其中心钻1/4”孔，然后将小球在N₂气(30mL/min)下以10℃/min的升温速率从室温加热到400℃，并保持30min的总加热时间。冷却后，将烧焦的小球串在1/4”直径不锈钢杆上，然后将该不锈钢杆垂直放入不锈钢四通十字形架中，馈通配备有Ultra-Torr^TM真空配件(Swagelok)的上法兰，并固定至步进马达(STM-23,Applied Motion Products)。将腔室抽真空至10^-3托，并用流动He维持在0.5托。

然后由直径为2mm的10.4μm激光束(Firestar t60,Synrad Inc.,95％功率)通过具有抗反射涂层的ZnSe窗口(Design Research Optics)照射小球，同时以1.2rev/min全程旋转。将暴露于激光的小球的表面通过温和磨蚀去除，并将所得粉末在具有10个球(直径1cm)的回火钢杯(80mL)中以100rpm研磨5min。

然后通过用HNO₃氧化来纯化研磨的粉末。将粗产物分散在40mL浓HNO₃中，并在10min内从室温升至190℃，并使用MARS 5消解微波系统(CEM Corp.)在190℃下再保持20min。用300mL去离子水稀释溶液，通过真空过滤(1微米聚酯，GVS Life Sciences)收集产物，然后用去离子水反复洗涤，直到获得中性的pH，接着用1M的NaOH洗涤并进行H₂O中和。为了确保产物中没有留下金属沉淀物，用10v/v％HCl溶液洗涤，然后进行H₂O中和。

图17是实施例7中生产的石墨(层间距0.3362nm)的PXRD图谱。如图所示，所生产的石墨展现出的反射具有指示结晶石墨的相应米勒指数(002)、(100)、(101)和(004)。

实施例8

使用行星磨机(Pulverisette 6，Fritsch GmbH)以300rpm持续30min将微晶纤维素(8g,Avicel PH-105NF,FMC BioPolymer)和涂覆的钢球(2g,直径0.6mm，SuperMagneticMan.com产品编号SS006)装入具有10个球(直径1cm)的硬化钢杯(80mL，Fritsch GmbH)中。将所得粉末均匀地分开并以5吨的力压制成两个直径为20mm的小球(10.8mm厚)，并用钻床在其中心钻1/4”孔，然后将小球在N₂气(30mL/min)下以10℃/min的升温速率从室温加热到400℃，并保持30min的总加热时间，在此期间热解油和热解气体形成，并且小球质量减少。冷却后，将烧焦的小球串在1/4”直径不锈钢杆上，然后将该不锈钢杆垂直放入不锈钢四通十字形架中，馈通配备有Ultra-Torr^TM真空配件(Swagelok)的上法兰，并固定至步进马达(STM-23,Applied Motion Products)。将腔室抽真空至10^-3托，并用流动He维持在0.5托。

然后由直径为2mm的10.4μm激光束(Firestar t60,Synrad Inc.,95％功率)通过具有抗反射涂层的ZnSe窗口(Design Research Optics)照射小球，同时以1.2rev/min全程旋转。将暴露于激光的小球的表面通过温和磨蚀去除，并将所得粉末在具有10个球(直径1cm)的回火钢杯(80mL)中以100rpm研磨5min。

然后通过用HNO₃氧化来纯化研磨的粉末。将粗产物分散在40mL浓HNO₃中，并在10min内从室温升至190℃，并使用MARS 5消解微波系统(CEM Corp.)在190℃下再保持20min。用300mL去离子水稀释溶液，通过真空过滤(1微米聚酯，GVS Life Sciences)收集产物，然后用去离子水反复洗涤，直到获得中性的pH，接着用1M的NaOH洗涤并进行H₂O中和。为了确保产物中没有留下金属沉淀物，用10v/v％HCl溶液洗涤，然后进行H₂O中和。

图18是实施例8中生产的石墨(层间距0.3354nm)的PXRD图谱。如图所示，所生产的石墨展现出的反射具有指示结晶石墨的相应米勒指数(002)和(004)。

图19和图20是实施例8中生产的石墨的SEM显微照片，其比例尺分别为50μm和5μm。可以看出，所生产的石墨在物理上可以被描述为薄片，其中很大百分比的厚度和宽度分别超过5μm和50μm。

实施例9-12

使用行星磨机(Pulverisette 6，Fritsch GmbH)以300rpm持续30min将微晶纤维素(8g,Avicel PH-105NF,FMC BioPolymer)和Co粉(2g,99.8％100目，Strem)装入具有10个球(直径1cm)的硬化钢杯(80mL，Fritsch GmbH)中。将所得粉末均匀地分开并以8065psi(实施例9)、24,194psi(实施例10)、38,710psi(实施例11)或72,000psi(实施例12)的力压制成两个直径为20mm的小球(10.8mm厚)，并用钻床在其中心钻1/4”孔，然后将小球在N₂气(30mL/min)下以10℃/min的升温速率从室温加热到400℃，并保持30min的总加热时间。冷却后，将烧焦的小球串在1/4”直径不锈钢杆上，然后将该不锈钢杆垂直放入不锈钢四通十字形架中，馈通配备有Ultra-Torr^TM真空配件(Swagelok)的上法兰，并固定至步进马达(STM-23,Applied Motion Products)。将腔室抽真空至10^-3托，并用流动He维持在0.5托。

然后由直径为2mm的10.4μm激光束(Firestar t60,Synrad Inc.,95％功率)通过具有抗反射涂层的ZnSe窗口(Design Research Optics)照射小球，同时以1.2rev/min全程旋转。将暴露于激光的小球的表面通过温和磨蚀去除，并将所得粉末在具有10个球(直径1cm)的回火钢杯(80mL)中以100rpm研磨5min。

然后通过用HNO₃氧化来纯化研磨的粉末。将粗产物分散在40mL浓HNO₃中，并在10min内从室温升至190℃，并使用MARS 5消解微波系统(CEM Corp.)在190℃下再保持20min。用300mL去离子水稀释溶液，通过真空过滤(1微米聚酯，GVS Life Sciences)收集产物，然后用去离子水反复洗涤，直到获得中性的pH，接着用1M的NaOH洗涤并进行H₂O中和。为了确保产物中没有留下金属沉淀物，用10v/v％HCl溶液洗涤，然后进行H₂O中和。

图21是纯化石墨产率(以克/瓦(g/W)激光功率计)随小球形成压力变化的图形显示。可以看出，石墨产率以对数方式随着小球形成压力的增加而增加。

实施例13

使用行星磨机(Pulverisette 6，Fritsch GmbH)以300rpm持续30min将硬木锯屑(6.0g,CrossRoad Sales LLC)和-100目Fe粉(2g,99％,Strem产品编号93-2663，使用前通过325目筛)装入具有6个球(硬化钢，直径1cm，球粉质量比10∶1)的硬化钢杯(80mL，FritschGmbH)中。将所得粉末压制(10.89吨，Carver 3851benchtop laboratory press)形成直径为20mm的小球。用钻床在各个小球的中心钻21/64”孔，并且将其在N₂气(30mL/min)下以30℃/min的升温速率从室温加热到600℃，并保持30min的总加热时间。虽然加热温度对产物分布(热解油/合成气/烧焦物)具有显著影响，但在400-600℃范围内改变温度似乎对本文所述的合成影响很小或没有影响，不同的是产率明显依赖于所产生的烧焦物的比例以及在激光暴露过程中由于较低温度下所产生的烧焦物中挥发性物质比例较高而导致的烧焦物质量损失。在惰性气氛下的加热导致热解油和热解气体的产生，并将生物质转化为生物烧焦物。在600℃下炭化后，原始小球质量的40％(80％的锯屑质量损失)以含有生物烧焦物(37.5重量％)和Fe(62.5重量％)的黑色小球的形式保留。冷却后，将生物烧焦物/Fe小球串在1/4”直径不锈钢杆上，然后将该不锈钢杆垂直放入不锈钢四通十字形架中，馈通配备有Ultra-Torr^TM真空配件(Swagelok)的上法兰，并固定至步进马达(STM-23,Applied MotionProducts)。将腔室抽真空至10^-3托，并用流动的惰性气体维持在0.5托。然后由直径为2mm的10.4μm激光束(Firestar t60,Synrad Inc.,95％功率)通过具有抗反射涂层的ZnSe窗口(Design Research Optics)照射每个小球，同时以1.63mm/s(1.2rev/min)的线速度进行全程旋转，导致2.78％的小球质量损失。最后，通过切割除去暴露于激光的材料，并将所得粉末用玛瑙研钵和杵用手轻轻研磨。

将粗产物在回流50v/v％的HCl中处理1小时，过滤并用去离子H₂O洗涤，然后进行微波消解，在10min内从室温加热至210℃，并使用XP-1500+Teflon容器和MARS 5消解微波系统(CEM Corp.)在HNO₃:HCl:H₂O(1:1:2v/v)溶液(ACS级，68-70％的HNO₃和36.5-38％的HCl，VWR Scientific)中再保持40min。注意，虽然微波消解方便，但回收、研磨和在回流50v/v％的HCl中再处理1小时也是有效的。冷却至室温后，用去离子水稀释混合物，并通过真空过滤(1μm聚酯，GVS LifeSciences)收集固体产物。然后用额外的去离子水洗涤产物，直到获得中性的pH，用1M的NaOH(>97％Fisher Scientific)漂洗，然后进行去离子水中和，用10v/v％HCl溶液漂洗，然后进行去离子水中和，并且最后在真空下干燥。应该注意的是，也可以将铁与石墨通过磁性分离，从而允许其重复使用并限制对浸出的需要，但是不如在小实验室规模上回流那样方便。

硅通常存在于较低纯度的铁和一些廉价的生物质废料产品中，在最终产品中以二氧化硅的形式出现，而这种二氧化硅不通过上述纯化方法去除。从天然石墨中去除二氧化硅极其困难，因为二氧化硅深深嵌入石墨中，需要多次研磨、浮选和用苛性剂(包括HF)处理，导致石墨作为废物损失(高达70重量％)并具有重大的环境影响。相反，硅本身以表面二氧化硅的形式存在于通过本发明方法合成的石墨中，并且可以通过在210℃下在2M NaOH溶液中消解40分钟来除去。

实施例14

使用行星磨机(Pulverisette 6，Fritsch GmbH)以300rpm持续30min将硬木锯屑(6.0g,CrossRoad Sales LLC)和未涂覆的钢球(2g,直径0.6mm，SuperMagneticMan.com产品编号SS006)装入具有6个球(硬化钢，直径1cm，球粉质量比10∶1)的硬化钢杯(80mL，Fritsch GmbH)中。将所得粉末压制(10.89吨，Carver 3851benchtop laboratory press)形成直径为20mm的小球。用钻床在每个小球的中心钻21/64”孔，并且将其在N₂气(30mL/min)下以30℃/min的升温速率从室温加热到600℃，并保持30min的总加热时间。虽然加热温度对产物分布(热解油/合成气/烧焦物)具有显著影响，但在400-600℃范围内改变温度似乎对本文所述的合成影响很小或没有影响，不同的是产率明显依赖于所产生的烧焦物的比例以及在激光暴露过程中由于较低温度下所产生的烧焦物中挥发性物质比例较高而导致的烧焦物质量损失。在惰性气氛下的加热导致热解油和热解气体的产生，并将生物质转化为生物烧焦物。冷却后，将生物烧焦物/Fe小球串在1/4”直径不锈钢杆上，然后将该不锈钢杆垂直放入不锈钢四通十字形架中，馈通配备有Ultra-Torr^TM真空配件(Swagelok)的上法兰，并固定至步进马达(STM-23,Applied Motion Products)。将腔室抽真空至10^-3托，并用流动的惰性气体维持在0.5托。然后由直径为2mm的10.4μm激光束(Firestar t60,SynradInc.,95％功率)通过具有抗反射涂层的ZnSe窗口(Design Research Optics)照射每个小球，同时以1.63mm/s(1.2rev/min)的线速度进行全程旋转。最后，通过切割除去暴露于激光的材料，并将所得粉末用玛瑙研钵和杵用手轻轻研磨。

将粗产物在回流50v/v％的HCl中处理1小时，过滤并用去离子H₂O洗涤，然后进行微波消解，在10min内从室温加热至210℃，并使用XP-1500+Teflon容器和MARS 5消解微波系统(CEM Corp.)在HNO₃:HCl:H₂O(1:1:2v/v)溶液(ACS级，68-70％HNO₃和36.5-38％HCl，VWR Scientific)中再保持40min。冷却至室温后，用去离子水稀释混合物，并通过真空过滤(1μm聚酯，GVS LifeSciences)收集固体产物。然后用额外的去离子水洗涤产物，直到获得中性的pH，用1M的NaOH(>97％Fisher Scientific)漂洗，然后进行去离子水中和，用10v/v％HCl溶液漂洗，然后进行去离子水中和，并且最后在真空下干燥。

实施例15

使用行星磨机(Pulverisette 6，Fritsch GmbH)以300rpm持续30min将硬木锯屑(6.0g,CrossRoad Sales LLC)和1-2mm Fe颗粒(2g,99.98％,Alfa Aesar产品编号39708)装入具有6个球(硬化钢，直径1cm，球粉质量比10∶1)的硬化钢杯(80mL，Fritsch GmbH)中。将所得粉末压制(10.89吨，Carver 3851benchtop laboratory press)形成直径为20mm的小球。用钻床在每个小球的中心钻21/64”孔，并且将其在N₂气(30mL/min)下以30℃/min的升温速率从室温加热到600℃，并保持30min的总加热时间。虽然加热温度对产物分布(热解油/合成气/烧焦物)具有显著影响，但在400-600℃范围内改变温度似乎对本文所述的合成影响很小或没有影响，不同的是产率明显依赖于所产生的烧焦物的比例以及在激光暴露过程中由于较低温度下所产生的烧焦物中挥发性物质比例较高而导致的烧焦物质量损失。在惰性气氛下的加热导致热解油和热解气体的产生，并将生物质转化为生物烧焦物。冷却后，将生物烧焦物/Fe小球串在1/4”直径不锈钢杆上，然后将该不锈钢杆垂直放入不锈钢四通十字形架中，馈通配备有Ultra-Torr^TM真空配件(Swagelok)的上法兰，并固定至步进马达(STM-23,Applied Motion Products)。将腔室抽真空至10^-3托，并用流动的惰性气体维持在0.5托。然后由直径为2mm的10.4μm激光束(Firestar t60,Synrad Inc.,95％功率)通过具有抗反射涂层的ZnSe窗口(Design Research Optics)照射每个小球，同时以1.63mm/s(1.2rev/min)的线速度进行全程旋转。最后，通过切割除去暴露于激光的材料，并将所得粉末用玛瑙研钵和杵用手轻轻研磨。

将粗产物在回流50v/v％HCl中处理1小时，过滤并用去离子H₂O洗涤，然后进行微波消解，在10min内从室温加热至210℃，并使用XP-1500+Teflon容器和MARS 5消解微波系统(CEM Corp.)在HNO₃:HCl:H₂O(1:1:2v/v)溶液(ACS级，68-70％HNO₃和36.5-38％HCl，VWRScientific)中再保持40min。冷却至室温后，用去离子水稀释混合物，并通过真空过滤(1μm聚酯，GVS LifeSciences)收集固体产物。然后用额外的去离子水洗涤产物，直到获得中性的pH，用1M的NaOH(>97％Fisher Scientific)漂洗，然后进行去离子水中和，用10v/v％HCl溶液漂洗，然后进行去离子水中和，并且最后在真空下干燥。

结果和讨论–实施例13-15

本公开的生产石墨的方法是两步过程，即生物质的热解生产热解油、热解气体和生物烧焦物，然后生物烧焦物的光催化转化成片状石墨。图22示出了实施例13中形成的生物烧焦物小球的表面在激光照射之前(顶部)和之后(底部)的SEM显微照片(比例尺＝25μm)。生物烧焦物由嵌入含碳基质中的铁颗粒(当用-325目Fe制成时，直径为约1-5μm)组成，通过使用反向散射检测器的SEM观察其为高对比度颗粒(图22，顶部)。将烧焦物暴露于激光会产生明亮的橙色辉光，冷却后材料呈现灰色。Fe颗粒明显较小，形状不规则，并且在暴露于激光后更均匀地分布在小球中(图22，底部)，这与处于熔化、移动状态的Fe一致。图23示出了实施例13的生物烧焦物/Fe小球在激光照射之前(A)和之后(B)的SEM显微照片，激光照射之前(C)和之后(D)的Fe的EDX元素图，以及激光照射之前(E)和之后(F)的C图(比例尺＝500μm)。

在激光照射之前，在XRD图谱中没有发现实施例13的生物烧焦物中有石墨的证据(图24，顶部)。暴露于激光后切割材料，产生了具有石墨典型的高光辉的金属光泽的表面。激光照射后材料的XRD图谱显示出与石墨(002)反射一致的尖峰(图24，底部)，没有Fe碳化物形成的证据。在没有金属催化剂的情况下暴露于激光的生物烧焦物的XRD图谱没有显示任何石墨或任何其它结晶相形成的证据。

实施例13中制备的纯化石墨的SEM图像揭示了与片状石墨的聚集体一致的10-30μm直径的薄板状材料的聚集体(图25中的(A))。这些板约5μm宽，约50nm厚，其中很大一部分材料碎片较小。该材料的EDX光谱只显示碳，没有任何其它元素高于背景的信号。实施例13的石墨展现出10.3(1)m²/g的BET表面积和0.0508cm³/g的孔体积，这显著低于类似尺寸片状商业合成石墨(ImerysSFG-6,d90 5.5-7.5μm)的值17.6(1)m2/g和0.0546cm3/g，表明聚集体被紧密填充。

图25显示了根据实施例13(A)、实施例14(B)和实施例15(C)形成的石墨的SEM显微照片。可以看出，薄片的尺寸取决于所用金属催化剂颗粒的尺寸，较大的薄片由较大的催化剂颗粒形成。0.6mm钢球(实施例14)展现出约50-200μm的薄片尺寸，12.2(3)的BET表面积和0.0576cm³/g的孔隙率。1-2mm的Fe颗粒(实施例15)展现约0.5-1mm薄片的薄片尺寸，其中BET表面积为8.0(1)m²/g，并且孔隙率为0.0493cm³/g。这些较大的薄片不如较小石墨那样以聚集体形式被紧密填充。形成的薄片的宽度似乎与Fe颗粒中结晶区域的表面积密切相关，这表明它们是通过将碳溶解到晶粒中并平行于表面沉积连续的石墨烯层而形成。图26是实施例13中生产的石墨的另一个SEM显微照片。可以看出，所生产的石墨的形态在物理上可以被描述为呈“马铃薯”形聚集体的薄片。

根据实施例13(图27)形成的石墨的XRD图谱与石墨一致，没有任何其它相的证据。六角形(H-)石墨和菱菱形(R-)石墨分别由石墨烯层的ABAB和ABC堆叠组成，这两个堆叠偏移，使得一半碳原子占据位于相邻层的碳六边形中心的位置。H-石墨是热力学上最有利的结构，但是相之间的焓差很小。因此，虽然通常发现天然石墨(几乎)完全是H-石墨，但合成石墨通常是两种结构的混合物。根据实施例13形成的石墨是75％H-和25％R-石墨，如通过比较各个(101)峰的积分强度所确定的。

乱层碳(turbostratic carbon)也由石墨烯层组成，并且可以具有与石墨相同的2D晶序(crystalline order)，然而，层的随机平移和旋转位移导致相邻石墨烯层的不完全匹配，从而增加了层间间距。实施例13中形成的石墨的层间间距为其通过拟合其(002)峰确定，几乎与高质量Sri Lanka天然块状石墨相同。这显示出非常低程度的乱层无序或相当于非常高程度的3D石墨序(graphitic order)，这可以使用以下公式估计为>99.3％：

g＝(3.44-d₀₀₂)/(3.44-3.354)

用Scherrer方程分析(002)峰宽发现L_c，沿石墨烯堆叠(c)轴的平均微晶尺寸为32nm，与SEM观察结果合理一致。微晶的石墨烯平面(L_a)中的平均宽度可以类似地从(100)峰宽估计为77nm。

图28中示出了SFG-6(A)、实施例15(B)中形成的0.5-1mm石墨薄片和实施例13(C)中形成的约5μm宽石墨板的拉曼光谱。D带(约1350cm^-1)和D’带(约1620cm^-1)来自无序(包括石墨烯平面边缘)，而在约1580cm^-1处的G带是石墨烯层的sp²碳网络的允许转变。D带与G带的强度的比率I_D/I_G，是有序度的度量，允许计算石墨烯平面(La)中缺陷之间的平均距离。实施例13石墨的I_D/I_G比率(0.15)小于SFG-6(0.22)，相应的L_a值分别为128和87nm，表明实施例13石墨具有更高的平面有序度。实施例15石墨光谱的非常低的I_D/I_G比率(0.04)和没有D’带(可见为在实施例13石墨和SFG-6的G带上的肩)，表明非常高的有序度，且L_a值为481nm。非常大的值可能至少部分是由于较大的薄片尺寸，使微晶边缘对光谱的贡献最小化。

图29显示了SFG-6(A)、实施例15(B)中形成的0.5-1mm石墨薄片和实施例13(C)中形成的约5μm宽石墨板的拉曼光谱。拉曼光谱显示了每种石墨材料的G’带(实线)及其解卷积成G’_3DA和G’_3DB带(虚线)。乱层结构的程度可以通过G’(有时称为2D)带的解卷积来发现。G’_2D带的存在表明了乱层无序(turbostratic disorder)。然而，这些材料中的每一种的G’带都可以很好地匹配两个峰，G’_3DA和G’_3DB，没有G’_2D带的证据。这表明这些材料都具有非常低的乱层无序，与XRD结果一致。

实施例13石墨几乎是100％碳。在实施例13中形成的石墨的TGA热分析热图中，质量损失的起始温度为770℃(实线)，略高于SFG-6(虚线)，质量损失为100％(图30)。残余灰分含量为0.02(2)％，略低于SFG-6(0.07％)。通过辉光放电质谱法(GDMS)进行的元素分析表明，石墨纯度为99.95％，杂质元素总量为526ppm，高于检测限值(图31)。

实施例13中形成的石墨的纯度与高(电池)级别(图31)商业合成石墨相当，但显著地具有低水平的S、Si、Zr和W以及高Na、Cl和Fe含量。事实上，在实施例13的石墨中发现的79％的杂质是Na、Cl和Fe，这些元素可能通过改进的纯化技术进一步减少。低杂质水平对于高价值应用尤其重要，这些应用包括增碳剂、EDM电极、碳刷和电池。实施例13的石墨中的非常低水平的S是特别重要的，因为由于其腐蚀作用，它的存在是非常不希望的。如图32所示，由实施例13的石墨制成的阳极的质量容量(gravimetric capacity)显示出优异的Li离子容量(353mA/g)，与商业Li离子电池级石墨相当，在以C/2速率的100次充/放电循环中只有1％的容量损失。图32的插图显示了实施例13的石墨的充电/放电曲线。同样，它几乎与商业石墨相同。

实施例13中形成的石墨在纯化后的总产物产率为生物烧焦物质量的84重量％。发现炭化生物量由87.74％的C、2.82％的H、0.29％的N和4.68％的O组成；因此，生物烧焦物中96.6％的C转化为石墨。这种非常高的产率意味着，虽然C在液态Fe中的简单溶解和冷却时的沉淀可以引发其生长，但这可能无法解释石墨形成的主要原因。合成的石墨的质量占最终反应混合物中石墨和Fe组合的33.7％，而C在液态Fe中的溶解度只有约5％间隙，6.7％作为亚稳相Fe₃C，约10％的C被转化。C饱和铁可以与石墨平衡存在，因此，石墨晶体可以从液态Fe生长，液态Fe通过C的持续溶解和石墨的沉淀保持过饱和。或者，随着Fe的冷却石墨通过沉淀的结晶可以提供由来***焦物的额外的C生长的晶种。

使用任何数量的生物质起始材料都可以获得与上述相似的结果。图33示出了通过根据本发明各方面的方法由铁和木质素(A)、木粉(B)、玉米穗轴(C)和纤维素(D)形成的石墨的XRD图谱。图33中的插图是图谱的40-90度2θ区域的放大视图，以更清楚地显示低强度反射。石墨的合成已被证实是来自两种不同的锯屑来源和玉米穗轴，以及单独的生物质组分木质素和纤维素。应当注意，与这里提出的光催化过程相反，在存在Fe催化剂的情况下，这些不可石墨化的含碳材料的常规加热不会产生片状石墨。生物烧焦物的激光热解导致极其快速的加热(约10³-10⁴℃s^-1)，产生活性中间体，包括自由基和分子物类，这一过程似乎对各种各样的生物质都很普遍。不受任何特定理论的束缚，认为该方法通过将这些中间体从分解的生物烧焦物吸附到金属催化剂中/上，然后使其沉淀/生长成石墨来进行，这一过程应该广泛适用于可获得的生物质：包括农业、工业/城市废物或能源作物的材料，以及其它可石墨化和不可石墨化的含碳材料，包括人造和(其它)天然聚合物、泥炭、煤、沥青、焦炭(coke)、炭黑、活性炭、中间相碳和木炭。

实施例16

用Fritsch Pulverisette 6将褐煤(15g，minimegeology.com)在具有9个球(硬化钢，直径1cm)的硬化钢杯(80mL,Fritsch GmbH)中通过机械研磨以300RPM持续30min分钟研磨成细粉。然后将褐煤粉末过筛至-100目，并用Fritsch Pulverisette 6将4g与3g铁粉(<10μm，99％，Alfa Aesar)在具有6个球(硬化钢，直径1cm)的硬化钢杯(80mL,Fritsch GmbH)中通过机械研磨以300RPM持续30min分钟混合。将所得粉末压制(10.89吨，Carver3851benchtop laboratory press)形成直径20mm的小球。然后用钻床在小球的中心钻21/64”孔，并且将在N₂气(30mL/min)下以30℃/min从室温加热到800℃。冷却后，将小球串在1/4”直径不锈钢杆上，然后将该不锈钢杆垂直放入不锈钢四通十字形架中，馈通配备有Ultra-Torr^TM真空配件(Swagelok)的上法兰，并固定至步进马达(STM-23,Applied MotionProducts)。将腔室抽真空至10^-3托，并用流动的He维持在0.5托。然后由直径为2mm的10.4μm激光束(Firestar t60,Synrad Inc.,95％功率)通过具有抗反射涂层的ZnSe窗口(DesignResearch Optics)照射小球，同时以1.63mm/s(1.2rev/min)的线速度进行全程旋转。

将粗产物悬浮在HNO₃(40ml,ACS级68-70％)中，并通过以下方式来纯化：微波消解，在10min内从室温加热至210℃，并使用XP-1500+Teflon容器和MARS 5消解微波系统(CEM Corp.)再保持30min。冷却至室温后，用去离子水稀释混合物，通过真空过滤(1μm聚酯,GVS LifeSciences)收集固体产物。然后用额外的去离子水洗涤产物，直到获得中性的pH，用1M的NaOH(>97％Fisher Scientific)漂洗，然后进行去离子水中和，用10v/v％的HCl溶液漂洗，然后进行去离子水中和，并且最后在真空下干燥。

图34是实施例16中生产的石墨(层间距0.3354nm)的PXRD图谱。

图34的插图是图谱的40-90度2θ区域的放大视图，以更清楚地显示低强度反射。如图以及插图所示，所生产的石墨展现出的反射具有指示结晶石墨的相应米勒指数(002)、(100)、(101)、(004)、(103)、(110)、(112)和(006)。

图35是实施例16中生产的石墨的SEM显微照片。可以看出，所生产的石墨的形态在物理上可以被描述为呈“马铃薯”形聚集体的薄片。

实施例17

将硬木锯屑(7.5g,CrossRoad Sales LLC)和<10μm的Fe粉球形99.9+％金属基质(2.5g,Alfa Aesar,产品00170批次G19X048)装入具有9个球(硬化钢，直径1cm，FritschGmbH)的硬化钢杯(80mL，Fritsch GmbH)中，并使用行星磨机(Pulverisette 6，FritschGmbH)以300rpm持续10分钟进行碾磨。将所得粉末压制(4.45吨，Carver 3851benchtoplaboratory press)形成直径20mm的小球，并且然后用钻床在每个小球的中心钻21/64”孔。将小球串在1/4”直径不锈钢杆上，然后将该不锈钢杆垂直放入不锈钢四通十字形架中，馈通配备有Ultra-Torr^TM真空配件(Swagelok)的上法兰，并固定至步进马达(STM-23,AppliedMotion Products)。将腔室抽真空至10^-3托，并用流动的惰性气体维持在0.5托。然后由直径为2mm的10.4μm激光束(Firestar t60,Synrad Inc.,95％功率)通过具有抗反射涂层的ZnSe窗口(Design Research Optics)照射每个小球，同时以1.63mm/s(1.2rev/min)的线速度进行全程旋转。最后，通过切割除去暴露于激光的材料，并通过切割去除所得粉末，并将所得粉末用玛瑙研钵和杵用手轻轻研磨。

以20℃/min的速率将粗产物加热到600℃，并在600℃下保持1小时。然后，通过以下方式处理粗产物：微波消解，在10min内从室温加热至210℃，并在硝酸(ACS级，68-70％的HNO₃)中再保持50min(XP-1500+Teflon容器和MARS 5消解微波系统，CEM Corp.)。冷却至室温后，用去离子水稀释混合物，并通过真空过滤(1μm聚酯,GVS LifeSciences)收集产物。然后用额外的去离子水洗涤产物，直到获得中性的pH，用10v/v％盐酸溶液漂洗，用1M的NaOH(>97％,Fisher Scientific)漂洗，然后进行去离子水中和，用10v/v％的HCl溶液漂洗，然后进行去离子水中和，并且最后在真空下干燥。

图36是实施例17中生产的石墨(层间距0.3354nm)的PXRD图谱。如图所示，所生产的石墨展现出的反射具有指示结晶石墨的相应米勒指数(002)、(100)、(101)和(004)。

本公开的陈述

本公开的陈述包括：

陈述1：一种用于生产片状石墨的方法，所述方法包括将含碳原料与催化剂混合以形成原料/催化剂混合物；以及在存在所述催化剂的情况下，使所述混合物经受激光器的照射，以使所述原料转化成片状石墨，其中所述原料是生物质、含碳材料或其组合；并且所述催化剂是元素金属、合金或其组合。

陈述2：根据陈述1所述的方法，其进一步包括在经受激光器的照射之前使原料/催化剂混合物转化成粉末形式。

陈述3：根据陈述1或2所述的方法，其中生产的片状石墨呈马铃薯形聚集体的形式。

陈述4：根据陈述1-3中任一项所述的方法，其中所述元素金属是铁、钴和镍中的任一种。

陈述5：根据陈述1-4中任一项所述的方法，其中所述合金是钢。

陈述6：根据陈述1-5中任一项所述的方法，其中所述生物质包括以下中的一种或多种：木质素、木质纤维素、微晶纤维素、木粉、锯屑、脱水农产品、脱水食品废物、脱水牲畜粪便、芒草、柳枝稷、***、杨树、柳树、高粱、甘蔗、竹子、龙舌兰、苜蓿、谷物、藻类和油棕。

陈述7：根据陈述1-6中任一项所述的方法，其中所述含碳材料包括以下中的一种或多种：人造聚合物、天然聚合物、塑料、泥炭、煤、沥青、焦炭、炭黑、活性炭、中间相碳、烧焦物和木炭。

陈述8：根据陈述1-7中任一项所述的方法，其中所述原料/催化剂混合物的原料与催化剂的重量比为约4∶3至约4∶1。

陈述9：根据陈述1-8中任一项所述的方法，其中所述激光器是不动的。

陈述10：根据陈述1-8中任一项所述的方法，其中所述激光器被配置为移动的。

陈述11：根据陈述1-10中任一项所述的方法，其进一步包括在经受激光照射之前使所述混合物形成固体形式。

陈述12：根据陈述11所述的方法，其进一步包括在使所述固体形式经受激光照射的同时旋转或光栅化所述固体形式。

陈述13：根据陈述1-10中任一项所述的方法，其进一步包括在经受激光照射之前使所述混合物形成片或层。

陈述14：根据陈述13所述的方法，其进一步包括在使所述片或层经受激光照射的同时光栅化所述片或层。

陈述15：一种片状石墨，其通过陈述1-14中任一项所述的方法生产。

陈述16：一种阳极电极，所述阳极电极包括通过陈述1-14中任一项所述的方法生产的片状石墨。

陈述17：一种锂离子电池，其包括陈述16所述的阳极电极。

陈述18：一种用于生产片状石墨的方法，所述方法包括使含碳原料与催化剂混合以形成原料/催化剂混合物；使所述混合物经受热解，以使所述混合物转化成含原料/催化剂的烧焦物；以及存在所述催化剂的情况下，使所述烧焦物经受激光器的照射以将所述原料转化成片状石墨，其中所述原料是生物质、含碳材料或其组合；并且所述催化剂是元素金属、合金或其组合。

陈述19：根据陈述18所述的方法，其进一步包括在经受激光器的照射之前使所述原料/催化剂混合物转化成粉末形式。

陈述20：根据陈述18或19所述的方法，其中生产的片状石墨呈马铃薯形聚集体的形式。

陈述21：根据陈述18-20中任一项所述的方法，其中所述元素金属是铁、钴和镍中的任一种。

陈述22：根据陈述18-21中任一项所述的方法，其中所述合金是钢。

陈述23：根据陈述18-22中任一项所述的方法，其中所述生物质包括以下中的一种或多种：木质素、木质纤维素、微晶纤维素、木粉、锯屑、脱水农产品、脱水食品废物、脱水牲畜粪便、芒草、柳枝稷、***、杨树、柳树、高粱、甘蔗、竹子、龙舌兰、苜蓿、谷物、藻类和油棕。

陈述24：根据陈述18-23中任一项所述的方法，其中所述含碳材料包括以下中的一种或多种：人造聚合物、天然聚合物、塑料、泥炭、煤、沥青、焦炭、炭黑、活性炭、中间相碳和木炭。

陈述25：根据陈述18-24中任一项所述的方法，其中所述原料/催化剂混合物的原料与催化剂的重量比为约4∶3至约4∶1。

陈述26：根据陈述18-25中任一项所述的方法，其中所述激光器是不动的。

陈述27：根据陈述18-25中任一项所述的方法，其中所述激光器被配置为移动的。

陈述28：根据陈述18-26中任一项所述的方法，其进一步包括在经受热解之前使所述原料/催化剂混合物形成固体形式。

陈述29：根据陈述28所述的方法，其进一步包括在使所述固体形式的烧焦物经受激光照射的同时旋转或光栅化所述固体形式的烧焦物。

陈述30：根据陈述17-26中任一项所述的方法，其进一步包括在经受热解之前使所述原料/催化剂混合物形成片或层。

陈述31：根据陈述30所述的方法，其进一步包括在使所述烧焦物片或烧焦物层经受激光照射的同时光栅化所述烧焦物片或烧焦物层。

陈述32：一种片状石墨，其通过陈述18-31中任一项所述的方法生产。

陈述33：一种阳极电极，所述阳极电极包括通过陈述18-31中任一项所述的方法生产的片状石墨。

陈述34：一种锂离子电池，其包括陈述33所述的阳极电极。

陈述35：一种用于生产片状石墨的方法，所述方法包括用含碳原料涂覆催化剂的表面以形成原料/催化剂复合材料；和使所述原料/催化剂复合材料经受激光器的照射，以在存在所述催化剂的情况下将所述原料转化成片状石墨，其中所述原料是生物质、含碳材料或其组合；并且所述催化剂是元素金属、合金或其组合。

陈述36：根据陈述35所述的方法，其中生产的片状石墨呈马铃薯形聚集体的形式。

陈述37：根据陈述35或36所述的方法，其中所述元素金属是铁、钴和镍中的任何一种。

陈述38：根据陈述35-37中任一项所述的方法，其中所述合金是钢。

陈述39：根据陈述35-38中任一项所述的方法，其中所述生物质包括以下中的一种或多种：木质素、木质纤维素、微晶纤维素、木粉、锯屑、脱水农产品、脱水食品废物、脱水牲畜粪便、芒草、柳枝稷、***、杨树、柳树、高粱、甘蔗、竹子、龙舌兰、苜蓿、谷物、藻类和油棕。

陈述40：根据陈述35-39中任一项所述的方法，其中所述含碳材料包括以下中的一种或多种：人造聚合物、天然聚合物、塑料、泥炭、煤、沥青、焦炭、炭黑、活性炭、中间相碳和木炭。

陈述41：根据陈述35-40中任一项所述的方法，其中使所述含碳原料以浆料形式涂覆在所述催化剂上。

陈述42：根据陈述35-40中任一项所述的方法，其中使所述含碳原料喷射涂覆或挤出涂覆在所述催化剂上。

陈述43：根据陈述35-40中任一项所述的方法，其中使所述含碳原料以粉末形式涂覆在所述催化剂上。

陈述44：根据陈述35-43中任一项所述的方法，其中所述激光器是不动的。

陈述45：根据陈述35-43中任一项所述的方法，其中所述激光器被配置为移动的。

陈述46：根据陈述35-45中任一项所述的方法，其进一步包括在使原料/催化剂复合材料经受激光照射的同时旋转和/或光栅化原料/催化剂复合材料。

陈述47：一种片状石墨，其通过陈述35-46中任一项所述的方法生产。

陈述48：一种阳极电极，所述阳极电极包括通过陈述35-46中任一项所述的方法生产的片状石墨。

陈述49：一种锂离子电池，其包括陈述48所述的阳极电极。

陈述50：一种用于生产片状石墨的方法，所述方法包括用含碳原料涂覆催化剂的表面以形成原料/催化剂复合材料；使所述原料/催化剂复合材料经受热解，以将所述混合物或其粉末形式转化成含有原料/催化剂的烧焦物；以及在存在所述催化剂的情况下，使所述烧焦物经受激光器的照射以将所述原料转化成片状石墨，其中所述原料是生物质、含碳材料或其组合；并且所述催化剂是元素金属、合金或其组合。

陈述51：根据陈述50所述的方法，其中生产的片状石墨呈马铃薯形聚集体的形式。

陈述52：根据陈述50或51所述的方法，其中所述元素金属是铁、钴和镍中的任何一种。

陈述53：根据陈述50-52中任一项所述的方法，其中所述合金是钢。

陈述54：根据陈述50-53中任一项所述的方法，其中所述生物质包括以下中的一种或多种：木质素、木质纤维素、微晶纤维素、木粉、锯屑、脱水农产品、脱水食品废物、脱水牲畜粪便、芒草、柳枝稷、***、杨树、柳树、高粱、甘蔗、竹子、龙舌兰、苜蓿、谷物、藻类和油棕。

陈述55：根据陈述50-54中任一项所述的方法，其中所述含碳材料包括以下中的一种或多种：人造聚合物、天然聚合物、塑料、泥炭、煤、沥青、焦炭、炭黑、活性炭、中间相碳和木炭。

陈述56：根据陈述50-55中任一项所述的方法，其中使所述含碳原料以浆料形式涂覆在催化剂上。

陈述57：根据陈述50-55中任一项所述的方法，其中使所述含碳原料喷射涂覆或挤出涂覆在所述催化剂上。

陈述58：根据陈述50-55中任一项所述的方法，其中使所述含碳原料以粉末形式涂覆在所述催化剂上。

陈述59：根据陈述50-58中任一项所述的方法，其中所述激光器是不动的。

陈述60：根据陈述50-58中任一项所述的方法，其中所述激光器被配置为移动的。

陈述61：根据陈述50-60中任一项所述的方法，其进一步包括在使所述烧焦物经受激光照射的同时旋转和/或光栅化所述烧焦物。

陈述62：一种片状石墨，其通过陈述50-61中任一项所述的方法生产。

陈述63：一种阳极电极，所述阳极电极包括通过陈述60-61中任一项所述的方法生产的片状石墨。

陈述64：一种锂离子电池，其包括陈述63所述的阳极电极。

尽管已经详细描述了本发明及其目的、特征和优点，但是本发明还涵盖其它实施方案。最后，本领域技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，他们可以容易地使用所公开的概念和具体实施方案作为基础来设计或修改用于实现本发明的相同目的的其它结构。