本申請(qǐng)涉及鈉離子電池，更具體地，涉及一種瀝青基多孔硬碳材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、公開(kāi)該背景技術(shù)部分的信息旨在增加對(duì)本發(fā)明總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

2、世界各國(guó)不斷加大對(duì)太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用，但由于可再生能源的間歇性和不穩(wěn)定性，開(kāi)發(fā)高效且經(jīng)濟(jì)的能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化體系變得愈加迫切，以石墨作為負(fù)極材料的鋰離子電池因其高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命，在人們生活各個(gè)領(lǐng)域尤其是便攜式電子設(shè)備領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而電子設(shè)備以及電動(dòng)汽車的飛速發(fā)展使得社會(huì)的能源需求進(jìn)一步提高，也對(duì)儲(chǔ)能體系提出了更高的要求，鋰離子電池將要達(dá)到其能量密度的極限。因此，具有離子電池相似的機(jī)理以及豐富的鈉源儲(chǔ)量，成為最有前景的下一代電化學(xué)儲(chǔ)能體系之一。

3、而高容量負(fù)極材料的缺乏阻礙了鈉離子電池的進(jìn)一步發(fā)展。其中煤瀝青在常溫下為黑色塊狀體，其主要成分為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的多環(huán)芳烴碳?xì)浠衔铩⒊憝h(huán)芳烴及其衍生物，含碳量高以及價(jià)格低廉成為鈉離子理想的負(fù)極材料。然而，煤瀝青中在熱處理過(guò)程中由于芳香烴之間的π-π相互作用，往往形成幾乎平行的堆疊碳片，缺陷更少，石墨化程度更高，這阻礙了鈉離子的儲(chǔ)存。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、提供了本申請(qǐng)以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷。需要一種瀝青基多孔硬碳材料及其制備方法和應(yīng)用，能夠解決煤瀝青經(jīng)過(guò)熱處理得到的多孔硬碳材料石墨化程度高和缺陷少，不利于鈉離子儲(chǔ)存的問(wèn)題。

2、本申請(qǐng)的第一方面，提供了一種瀝青基多孔硬碳材料的制備方法，所述制備方法包括：將煤瀝青、石油瀝青和催化劑混合反應(yīng)后得到混合瀝青，所述催化劑為對(duì)甲苯磺酸，再將混合瀝青進(jìn)行碳化，得到瀝青基多孔硬碳材料。

3、本申請(qǐng)的第二方面，提供了一種本申請(qǐng)任一實(shí)施例所述的瀝青基多孔硬碳材料的制備方法得到的瀝青基多孔硬碳材料。

4、本申請(qǐng)的第三方面，提供了一種本申請(qǐng)任一實(shí)施例所述的瀝青基多孔硬碳材料在鈉離子電池中的應(yīng)用。

5、本申請(qǐng)的第四方面，提供了一種鈉離子電池，其特征在于，所述鈉離子電池包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液，所述負(fù)極包括本申請(qǐng)任一實(shí)施例所述的瀝青基多孔硬碳材料；所述隔膜包括玻璃纖維或聚丙烯微孔膜；所述電解液包括六氟磷酸鈉或高氯酸鈉；所述正極為鈉金屬。

6、本申請(qǐng)各個(gè)實(shí)施例提供的一種瀝青基多孔硬碳材料及其制備方法和應(yīng)用，利用煤瀝青和石油瀝青作為原料，利用對(duì)甲苯磺酸作為催化劑，促進(jìn)煤瀝青分子和石油瀝青分子之間通過(guò)催化交聯(lián)形成復(fù)合物基體，即發(fā)生酸堿縮合反應(yīng)，抑制了混合瀝青在碳化的過(guò)程中芳香烴之間的π-π相互作用，復(fù)合物基體經(jīng)過(guò)碳化得到多孔硬碳材料，得到的多孔硬碳材料石墨化程度低，層間距大；另外本申請(qǐng)的制備多孔硬碳材料的方法，步驟簡(jiǎn)單，條件溫和，還具有環(huán)保的特點(diǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種瀝青基多孔硬碳材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：將煤瀝青、石油瀝青和催化劑混合反應(yīng)后得到混合瀝青，所述催化劑為對(duì)甲苯磺酸，再將混合瀝青進(jìn)行碳化，得到瀝青基多孔硬碳材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤瀝青、石油瀝青和催化劑在溶劑中混合反應(yīng)，所述溶劑為甲苯；將混合反應(yīng)后的產(chǎn)物加入到丙三醇中進(jìn)行蒸發(fā)甲苯，得到去甲苯后的混合瀝青。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述煤瀝青、石油瀝青和催化劑的質(zhì)量比為1?g:(0.2-0.6)?g:(0.01-0.03)?g；

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，混合瀝青及甲苯的質(zhì)量體積比為1?g:(10-50)?ml；

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，煤瀝青、石油瀝青和催化劑混合反應(yīng)的溫度為50-70?℃；混合反應(yīng)的時(shí)間為2-6?h；

6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的方法得到的瀝青基多孔硬碳材料。

7.權(quán)利要求6所述的瀝青基多孔硬碳材料在鈉離子電池中的應(yīng)用。

8.一種鈉離子電池，其特征在于，所述鈉離子電池包括正極、負(fù)極、隔膜和電解液，所述負(fù)極包括權(quán)利要求6所述的瀝青基多孔硬碳材料；

9.權(quán)利要求8所述的鈉離子電池的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：1）將權(quán)利要求6所述的瀝青基多孔硬碳材料、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑混合得到漿料；漿料涂覆在電極基底上，進(jìn)行干燥得到負(fù)極；2）將步驟1)得到的負(fù)極與正極、隔膜和電解液組裝得到鈉離子電池。

10.?權(quán)利要求9所述的鈉離子電池的制備方法，其特征在于，所述步驟1）中干燥的溫度為50~60?℃，時(shí)間為6~24?h；

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)屬于鈉離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種瀝青基多孔硬碳材料及其制備方法和應(yīng)用，所述方法包括：將煤瀝青、石油瀝青和催化劑混合反應(yīng)后得到混合瀝青，所述催化劑為對(duì)甲苯磺酸，再將混合瀝青進(jìn)行碳化，得到瀝青基多孔硬碳材料；能夠解決煤瀝青經(jīng)過(guò)熱處理得到的多孔硬碳材料石墨化程度高和缺陷少，不利于鈉離子儲(chǔ)存的問(wèn)題。

技術(shù)研發(fā)人員：原長(zhǎng)洲,侯林瑞,張亞敏
受保護(hù)的技術(shù)使用者：濟(jì)南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8