【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学储能，尤其涉及一种基于活性炭的硬碳材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着经济的快速发展，化石燃料日渐枯竭并产生了一系列环境问题，全球都在大力开发太阳能、风能等可再生能源，因此研发高性能的储能设备引起了广泛的关注。在众多的储能设备中，锂离子电池有着能量密度高、循环性能好等优点，已经广泛应用于电动汽车、手机等各个领域。但是与锂元素相比，资源更丰富的钠元素由于有着成本低、优异的低温性能等优势更适合应用于大型电能储存系统。锂/钠离子电池的组成中负极作为电池的重要组成部分是决定电池性能的关键性因素，锂/钠离子电池的负极材料主要有碳基材料、过渡金属化合物、合金类材料等。
2、由于碳基材料具有安全无毒、环境友好、廉价易得等优点被认为是最具有商业化前景的负极材料，常见的碳基材料可分为硬碳和软碳两种。硬碳材料作为锂、钠离子电池负极材料，具有优异的低温性能、很高的比容量，且成本低廉。目前合成硬碳的前驱体主要有生物质、沥青、酚醛树脂等。专利cn115385323a以生物质为前驱体，前驱体经预碳化后与含有杂原子的有机化合物混合，经过水热反应、碳化后得到n、p、s杂原子掺杂的硬碳材料。有效的改善了硬碳材料的层间距，提高储钠能力。专利cn115842131b通过将单宁酸、甲醛、赖氨酸混合后制备出n掺杂的多孔硬碳材料，具有高容量和良好的倍率性能。但从以上两个专利可以看出杂原子掺杂硬碳材料能够提高可逆钠储存容量，但合成原料成本较高，产品得率也难以保障。
3、专利cn116395665a以高分子树脂为原料经过聚合
4、有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种基于活性炭的硬碳材料及其制备方法和应用，以解决上述问题。
2、为实现以上目的，本专利技术特采用以下技术方案：
3、一种基于活性炭的硬碳材料的制备方法，包括：将活性炭浸渍于引发剂，经过搅拌、干燥得到混合料；将所述混合料与乙烯基单体进行预交联处理，然后将所述预交联处理的产物进行热处理，最后经过碳化，即得；
4、所述乙烯基单体包括苯乙烯、二乙烯基苯、丙烯酸甲酯、1，4-丁二烯、丙烯、丙烯腈、丙烯酸乙酯、丙烯酸、丙烯酰胺中的一种或多种。
5、基于活性炭制备硬碳材料具备收率高、成本低、流程简单等优点，但是如果不将工艺进行创造性地设计，容易出现过度烧结、失活等现象，本专利技术方法利用活性炭的多孔性，将树脂填充负载于活性炭的空隙内，并在空隙内实现聚合交联，一方面克服了可能过度烧结的缺陷，另一方面实现了活性炭的深度改性，使利用其制备得到的硬碳材料具备更好的电化学性能。
6、优选地，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过硫酸钾、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二碳酸二异丙酯中的一种或多种；
7、进一步优选地，所述引发剂的用量为所述乙烯基单体用量的0.1％～2％。
8、优选地，所述浸渍的温度为30℃～80℃。
9、引发剂浸渍的温度优选十分必要，因为温度过高引发剂会出现挥发的情况，而温度过低则不利于其发挥性能。
10、优选地，所述乙烯基单体与所述活性炭的质量比为0.2:1～3:1。
11、优选地，所述预交联处理的温度为100℃～150℃，时间为0.5h～5h，次数为1～5次；
12、进一步优选地，所述预交联处理包括气相沉积或液相浸渍。
13、预交联处理的手段视乙烯基单体的种类而定，根据乙烯基单体的沸点判定具体使用何种预交联手段和工艺，通常对于高沸点乙烯基单体使用液相浸渍，而低沸点的乙烯基单体则使用气相沉积。
14、优选地，所述热处理的气氛包括氮气、氩气或空气；
15、进一步优选地，所述热处理的温度为80℃～400℃，处理时间为0.5h～5h。
16、优选地，所述碳化包括：以1℃～10℃/min的升温速率，升温至800℃-1600℃。
17、可选的，所述制备方法还包括：在所述浸渍之前，先将所述活性炭进行预处理；
18、优选地，所述预处理包括将乙烯基单体负载于所述活性炭；
19、进一步优选地，所述负载包括气相沉积或液相浸渍。
20、在活性炭浸渍引发剂之前先进行乙烯基单体的负载处理，将乙烯基单体直接负载于活性炭内部孔隙，首先可以更好的实现孔隙填充负载，其次这一步负载与后续的预交联处理实现的负载发挥协同作用，相当于在引发剂的两侧均填充有乙烯基单体，可以最大化引发剂的作用，减少引发剂的用量，即减少了体系内杂质的引入量，简化后续的净化步骤，更有效促使后续交联聚合反应进行得更充分，效果更好，进而进一步提升产物的性能。
21、本专利技术提供一种硬碳材料，由所述的制备方法制得。
22、本专利技术还提供一种所述的硬碳材料的应用，包括用于锂、钠离子电池负极材料。
23、现有技术制备锂、钠离子电池常用的负极材料存在制备工艺复杂、生产周期长、成本较高等问题。本专利技术首先克服了以上问题，使用更简单、更具性价比的方法制备的基于活性炭的硬碳材料，并且通过对富含孔隙的活性炭进行填充处理，形成大量“闭孔”，提供更多钠离子存储空间，具有更好的首次库伦效率和更高的比容量，用作锂、钠离子电池负极材料，可显著提升电池的性能。
24、本专利技术的有益效果：
25、现有技术对于活性炭的改性，通常只涉及对活性炭进行表面改性，所制得的材料并非硬碳材料。本专利技术基于活性炭制备硬碳材料，过程中涉及对于活性炭的孔隙进行填充改性，并且在空隙内引发聚合乙烯基单体，结合高温碳化，制得硬碳材料，操作过程简单，成本低，适合工业化生产。
26、本专利技术将活性炭填充负载乙烯基单体后碳化制备的碳包覆硬碳材料，电化学性能和循环寿命良好，且表现出优异的储钠能力。
27、本专利技术提供的基于活性炭的硬碳材料，通过对富含孔隙的活性炭进行填充处理，形成大量“闭孔”，提供更多钠离子存储空间，相比于常规的硬碳材料具有更好的首次库伦效率和更高的比容量，更适合应用于锂、钠离子电池。
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1.一种基于活性炭的硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括：将活性炭浸渍于引发剂，经过搅拌、干燥得到混合料；将所述混合料与乙烯基单体进行预交联处理，然后将所述预交联处理的产物进行热处理，最后经过碳化，即得；
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过硫酸钾、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二碳酸二异丙酯中的一种或多种；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍的温度为30℃～80℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙烯基单体与所述活性炭的质量比为0.2:1～3:1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述预交联处理的温度为100℃～150℃，时间为0.5h～5h，次数为1～5次；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的气氛包括氮气、氩气或空气；
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳化包括：以1℃～10℃/min的升温速率，升温至800℃-1600℃。
8.根据权
9.一种硬碳材料，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制得。
10.一种如权利要求9所述的硬碳材料的应用，其特征在于，包括用于锂、钠离子电池负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种基于活性炭的硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括：将活性炭浸渍于引发剂，经过搅拌、干燥得到混合料；将所述混合料与乙烯基单体进行预交联处理，然后将所述预交联处理的产物进行热处理，最后经过碳化，即得；
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰、过硫酸钾、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化二碳酸二异丙酯中的一种或多种；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸渍的温度为30℃～80℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙烯基单体与所述活性炭的质量比为0.2:1～3:1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：管涛涛，李开喜，于星渤，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：
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