【技术实现步骤摘要】
本专利技术设计材料，尤其涉及一种煤基功能碳材料的合成方法及其钠离子电池应用。
技术介绍
1、随着化石能源的枯竭，以及对环境保护的日益重视，可再生能源如太阳能、风能、潮汐能在能源利用中占据着越来越重要的地位。因受地理位置和交通条件的限制，可再生能源进一步的规模化应用受到限制。以二次电池为代表的电化学储能方式，能将可再生能源设备生产的电能以化学能的方式进行存储，并具有运输方便，应用灵活的特点，推动可再生能源的发展。
2、锂离子电池虽然具有能量密度高，长稳定性的特点，但受锂金属资源日益短缺的问题，生产成本日益趋高。钠离子电池由于钠金属资源丰富，分布均匀且广泛的优势，逐渐受到人们的关注。由于钠离子电池的能量密度比锂离子电池低，开发高能量密度、低成本的钠离子电池负极，能进一步缩小两者之间的差距，促进钠离子电池的商业化应用。
3、商业化的锂离子电池负极材料是石墨，但该材料在钠离子电池中受热力学影响，展现出的能量密度较低，不能满足需要。在众多类型的碱金属离子电池负极材料中，硬炭材料具有更低的储钠电位，更高的可逆比容量，适合作为钠离子电池的负极。目前制备硬炭负极的主流前驱体是生物质类、糖类、酚醛树脂等，这些前驱体材料的价格普遍偏高，并且制备成负极材料的生产工艺复杂、碳收率低，限制了硬炭负极的发展。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术实施例提供了一种煤基功能碳材料的合成方法及其钠离子电池应用。以价格便宜、原料易得的煤炭为主要材料，加入少部分硬炭前驱体，
2、本专利技术采用的技术方案为：一种煤基功能碳材料的制备方法，以炭基物和硬炭前驱体为原料，机械混合，压片，然后在惰性气氛下进行交联、热解制备而成；具体包括以下步骤：
3、(1)将生物质多糖与香草醛分散在乙醇中，密封条件下搅拌加热6-10h；过滤后与9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物分散在乙醇中，密封条件下搅拌加热6-10h，过滤并烘干得到硬炭前驱体；所述生物质多糖与香草醛的摩尔比为1：(0.5-2.5)；所述多糖中间体与9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物的摩尔比为1：(1-3)；
4、(2)将炭基物与硬炭前驱体进行机械混合，置于管式炉内，预通惰性气体；在惰性气氛保护下，升温至400℃-500℃，保温1-3h；继续升温至800℃-2200℃，保温1-3h；冷却后得到煤基功能碳材料；所述煤炭与硬炭前驱体的质量比为9：(6-1)。
5、所述生物质多糖包括蔗糖、甲壳素、壳聚糖、壳寡糖、几丁糖和纤维素中的一种或几种混合物。
6、所述炭基物包括褐煤、烟煤、无烟煤、煤沥青、针状焦、石油沥青、石油焦的一种或几种混合物。
7、步骤(2)中升温速率为3、5、8℃/min。
8、一种经气相沉积的煤基功能碳材料的制备方法，将煤基功能碳材料放入管式炉中，在氩气气氛下升温至700-800℃，通入含有碳氢化合物的气体，控制流速为0.5-100ml/min，保温40-60分钟，使碳氢化合物沉积在煤基功能碳材料表面并发生裂解；气相沉积完成后，在氩气气氛下降至室温，得到经气相沉积的煤基功能碳材料。
9、所述含有碳氢化合物的气体为含有甲烷气、苯、乙烯、乙炔和丙炔中的一种或多种的气体。
10、所述煤基功能碳材料应用于钠离子电池负极材料中。
11、所述经气相沉积的煤基功能碳材料应用于钠离子电池负极材料中。
12、进一步的，一种煤基功能碳材料的制备方法，包括以下步骤：
13、(1)将多糖和香草醛按1：(0.5-2.5)的摩尔比加入溶剂乙醇中进行溶解混合；在密封条件下升温至60℃-90℃，恒温搅拌反应0.5h-10.5h，过滤得到多糖中间体；
14、所述多糖包括蔗糖、甲壳素、壳聚糖、壳寡糖、几丁糖和纤维素中的一种或几种。
15、(2)将多糖中间体和9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(dopo)按1：(1-3)的摩尔比加入溶剂进行溶解混合；在密封条件下升温至60℃-90℃，恒温搅拌反应0.5h-10.5h，过滤后干燥24h得到硬炭前驱体；
16、(3)将煤炭和硬炭前驱体按1：(0-2)的质量比进行机械混合，得到混合粉末；将所述混合粉末装入瓷舟放入管式炉，在惰性气体气氛下升温至400℃-500℃，保温0.5-10h，使煤炭和硬炭前驱体发生交联反应；升温速率为0.5-10℃/min。
17、所述煤炭包括但不限于褐煤、烟煤、无烟煤、煤沥青、针状焦、石油沥青、石油焦的一种或几种混合物。
18、(4)交联反应完成后，在惰性气体气氛下，继续升温至800℃-2200℃(升温速率为0.5-10℃/min。)，保温0.5-10h，使煤炭和多糖混合粉末发生裂解反应。冷却后，得到煤基功能碳材料。
19、本专利技术中，通过多糖与香草醛的反应，使香草醛通过官能团接到多糖单体支链上，形成多糖中间体。随后再与dopo反应，进一步扩充支链，形成硬炭前驱体。
20、优选地，所述恒温搅拌包括水浴、沙浴、油浴、反应釜中的任意一中或多种。所述溶解混合包括搅拌、加热和超声分散的一种或多种。
21、优选地，所述机械混合包括机械搅拌、球磨、研磨、和超声分散等方式中的任意一种或多种。
22、一种钠离子电池负极极片，所述负极极片包括：
23、集流体、涂覆于所述集流体至上的粘结剂、导电炭黑及上述煤基功能碳材料。
24、一种包括上述钠离子电池负极极片的二次电池。二次电池的用途，其特征在于，所述二次电池用于移动设备，电驱动交通工具，水力发电，风力发电，智能电网调峰，分布电站，备用电源或通信基站的大规模储能设备。
25、本专利技术实施例提供的煤基功能碳材料原料价格低廉，安全环保，收率高，制备工艺简单，适用于工业化应用。将本专利技术材料用作钠离子电池负极材料，具有能量密度高，容量保持能力强，安全性能好的特点。本专利技术的有益效果为：利用多糖，香草醛，dopo合成了一种支链丰富的硬炭前驱体；该硬炭前驱体相比于多糖类物质具有更大的空间位阻，调控了煤基碳材料的结构，提高了煤基碳材料的储钠能力。相比于其他钠离子电池碳负极材料制备工艺，本工艺过程简单，原料价格低廉，有利于工业化。
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1.一种煤基功能碳材料的制备方法，其特征在于，以碳基物和硬炭前驱体为原料，机械混合，压片，然后在惰性气氛下进行交联、热解制备而成；具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种煤基功能碳材料的制备方法，其特征在于，所述生物质多糖包括蔗糖、甲壳素、壳聚糖、壳寡糖、几丁糖和纤维素中的一种或几种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种煤基功能碳材料的制备方法，其特征在于，所述碳基物包括褐煤、烟煤、无烟煤、煤沥青、针状焦、石油沥青、石油焦的一种或几种混合物。
4.根据权利要求1所述的一种煤基功能碳材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中升温速率为3、5、8 ℃/min。
5.一种经气相沉积的煤基功能碳材料的制备方法，其特征在于，将权利要求1-4任一方法制备的煤基功能碳材料放入管式炉中，在氩气气氛下升温至700-800 ℃，通入含有碳氢化合物的气体，控制流速为0.5-100 mL/min，保温40-60分钟，使碳氢化合物沉积在煤基功能碳材料表面并发生裂解；气相沉积完成后，在氩气气氛下降至室温，得到经气相沉积的煤基功能碳材料。
6.
7.根据权利要求1-4任一所述方法制备的煤基功能碳材料的应用，其特征在于：所述煤基功能碳材料应用于钠离子电池负极材料中。
8.根据权利要求6或7所述方法制备的经气相沉积的煤基功能碳材料的应用，其特征在于：所述经气相沉积的煤基功能碳材料应用于钠离子电池负极材料中。
...【技术特征摘要】
1.一种煤基功能碳材料的制备方法，其特征在于，以碳基物和硬炭前驱体为原料，机械混合，压片，然后在惰性气氛下进行交联、热解制备而成；具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种煤基功能碳材料的制备方法，其特征在于，所述生物质多糖包括蔗糖、甲壳素、壳聚糖、壳寡糖、几丁糖和纤维素中的一种或几种混合物。
3.根据权利要求1所述的一种煤基功能碳材料的制备方法，其特征在于，所述碳基物包括褐煤、烟煤、无烟煤、煤沥青、针状焦、石油沥青、石油焦的一种或几种混合物。
4.根据权利要求1所述的一种煤基功能碳材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中升温速率为3、5、8 ℃/min。
5.一种经气相沉积的煤基功能碳材料的制备方法，其特征在于，将权利要求1-4任一方法制备的煤基功能碳材...
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