【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及新能源鈉離子二次電池儲能器件領域，具體是涉及一種瀝青基復合硬碳材料及其制備方法。
技術介紹
1、相較于鋰離子電池，鈉離子電池在原材料供應、成本、低溫性能、安全性能方面有顯著優勢。鈉離子電池因其獨特的優勢，在推動能源轉型、提高能源利用效率、增強能源安全和促進技術創新等方面具有重要意義。隨著技術的不斷進步和成本的降低，鈉離子電池有望在未來的能源體系中扮演更加重要的角色。
2、硬碳材料層間距大，且具有孔洞結構，被認為是鈉離子電池最理想的負極材料之一。硬碳負極材料的性能受前驅體和熱處理工藝的影響。在眾多的前驅體中，以稠芳香烴結構為主的石油瀝青碳含量高，來源豐富，價格低廉。但瀝青是一種軟碳前驅體，高溫炭化過程易于石墨化形成類石墨結構，較小的石墨層間距影響鈉離子的嵌入或脫出，導致材料儲鈉性能欠佳。
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于針對上述存在的問題和不足，提供一種瀝青基復合硬碳材料及其制備方法，利用溶劑分子嵌入石墨層、增大層間距的效應，改變瀝青的微觀結構，擴展鈉離子擴散通道，以獲得高性能復合硬碳負極材料。
2、本專利技術的技術方案是這樣實現的：
3、本專利技術所述的瀝青基復合硬碳材料，其特點是由以下原料制成：瀝青、溶劑a和溶劑b，所述溶劑a為碳酸丙烯酯(pc)、碳酸乙烯酯(ec)中的一種或多種組合，所述溶劑b為甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、n-甲基吡咯烷酮中的一種或多種組合。
4、進一步的，所述瀝青為中溫瀝青、中間相瀝青、石油焦或
5、本專利技術所述瀝青基復合硬碳材料的制備方法，其特點是包括以下步驟：
6、s1、將原料瀝青粉碎、研磨、過篩，獲得粒徑≤20μm的瀝青前驅體；
7、s2、將瀝青前驅體置于馬弗爐中，在含氧氣氛下進行預氧化交聯處理，冷卻后得到預氧化瀝青，預氧化交聯處理的目的是為了確保瀝青在隨后的高溫炭化中不溶解；
8、s3、依次使用酸液、水對預氧化瀝青進行洗滌，除去預氧化瀝青中的雜質，避免其在后期炭化過程中形成缺陷，然后烘干；
9、s4、將步驟s3處理后的預氧化瀝青與溶劑a、溶劑b進行混合，并通過球磨或者浸泡促使溶劑a分子嵌入預氧化瀝青的石墨層間；其中，溶劑a為碳酸丙烯酯(pc)、碳酸乙烯酯(ec)中的一種或多種組合；溶劑b為甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、n-甲基吡咯烷酮中的一種或多種組合；球磨是將步驟s3處理后的預氧化瀝青與溶劑a、溶劑b加入到球磨罐中混合球磨；浸泡是將步驟s3處理后的預氧化瀝青置于溶劑a和溶劑b的混合溶液中浸泡；
10、s5、采用低溫和高溫分段烘干方式將步驟s4所得的瀝青進行烘干處理，低溫段的目的是去除溶劑b，達到回收利用的目的；高溫段的目的是初步烘干固化嵌入的溶劑a分子；
11、s6、將步驟s5所得的瀝青轉移至管式爐中，在惰性保護氣氛下或者真空條件下炭化處理，冷卻至室溫后，制得瀝青基復合硬碳材料。
12、進一步的，步驟s2中所述預氧化的溫度為200～400℃，時間為3～16h；氣氛包括空氣、氧氣和臭氧。
13、進一步的，步驟s3中所述酸液選用鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸、乙酸中的一種或多種混合的水溶液，酸液的濃度為0.5mol/l～2mol/l。
14、進一步的，步驟s4中所述球磨的轉速為300～500rpm，時間為1～6h。
15、進一步的，步驟s4中所述浸泡的時間為6～16h，溫度為40～120℃。
16、進一步的，步驟s4中所述溶劑a與預氧化瀝青的質量比為1:3～2:1，溶劑a與溶劑b的體積比為1:10～3:5。
17、進一步的，步驟s5中所述低溫段的溫度為30～70℃，高溫段的溫度為80～180℃。
18、進一步的，步驟s6中所述炭化處理的溫度為700～1000℃，升溫速率為3℃/min～5℃/min，時間為1～12h，惰性氣氛為氬氣或氮氣。
19、本專利技術與現有技術相比，具有以下優點：
20、1、本專利技術將氧化交聯后的瀝青與嵌入型溶劑混合，利用濕法球磨或浸泡將部分溶劑分子嵌入瀝青材料的石墨微晶部分，通過嵌入性溶劑增大微晶區碳層，增加含氧官能團的含量，從而擴展了鈉離子擴散通道，使復合材料具有較高可逆比容量，有利于獲得高性能復合硬碳負極材料；
21、2、本專利技術中的炭化溫度低，僅700～1000℃，有效避免了高溫炭化導致的石墨碳層間距減小的問題，而且節能環保，有利于降低設備成本，降低能耗；
22、3、本專利技術中所使用的中溫瀝青來源廣泛，價格低廉，而且涉及的溶劑均為常見的低價工業溶劑。
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1.一種瀝青基復合硬碳材料，其特征在于由以下原料制成：瀝青、溶劑A和溶劑B，所述溶劑A為碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)中的一種或多種組合，所述溶劑B為甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、N-甲基吡咯烷酮中的一種或多種組合。
2.根據權利要求1所述的瀝青基復合硬碳材料，其特征在于：所述瀝青為中溫瀝青、中間相瀝青、石油焦或針狀焦。
3.一種瀝青基復合硬碳材料的制備方法，該方法用于制備如權利要求1-2任一權利要求所述的瀝青基復合硬碳材料，其特征在于包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述瀝青基復合硬碳材料的制備方法，其特征在于：步驟S2中所述預氧化的溫度為200～400℃，時間為3～16h；氣氛包括空氣、氧氣和臭氧。
5.根據權利要求3所述瀝青基復合硬碳材料的制備方法，其特征在于：步驟S3中所述酸液選用鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸、乙酸中的一種或多種混合的水溶液，酸液的濃度為0.5mol/L～2mol/L。
6.根據權利要求3所述瀝青基復合硬碳材料的制備方法，其特征在于：步驟S4中所述球磨的轉速為300～500rpm，時間為1～6h。<...
【技術特征摘要】
1.一種瀝青基復合硬碳材料，其特征在于由以下原料制成：瀝青、溶劑a和溶劑b，所述溶劑a為碳酸丙烯酯(pc)、碳酸乙烯酯(ec)中的一種或多種組合，所述溶劑b為甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮、n-甲基吡咯烷酮中的一種或多種組合。
2.根據權利要求1所述的瀝青基復合硬碳材料，其特征在于：所述瀝青為中溫瀝青、中間相瀝青、石油焦或針狀焦。
3.一種瀝青基復合硬碳材料的制備方法，該方法用于制備如權利要求1-2任一權利要求所述的瀝青基復合硬碳材料，其特征在于包括以下步驟：
4.根據權利要求3所述瀝青基復合硬碳材料的制備方法，其特征在于：步驟s2中所述預氧化的溫度為200～400℃，時間為3～16h；氣氛包括空氣、氧氣和臭氧。
5.根據權利要求3所述瀝青基復合硬碳材料的制備方法，其特征在于：步驟s3中所述酸液選用鹽酸、硫酸、磷酸、硝酸、乙酸中的一種或多種混合的水溶液，酸液的濃度為0.5mol/l...
【專利技術屬性】
技術研發人員：嚴丹林，覃文，張杰明，崔杰，陳星平，范穗杰，
申請(專利權)人：廣東石油化工學院，
類型：發明
國別省市：
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