【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及炭材料，具体涉及一种高硫石油焦衍生多孔炭的制备方法及应用。
技术介绍
1、近年来，由于钠离子电池相对锂离子电池具有更低的成本和更高的安全性能，其可以为锂离子电池的应用作补充和支撑，如使用在电动车、应急电源、大规模储能系统等方面。然而，相对于li+，na+的半径较大，导致na+在电极材料嵌入/脱出的过程中动力学缓慢，妨碍了钠离子电池的商业化应用。值得注意的是在锂离子电池中商用的负极材料石墨在钠离子电池中的理论容量仅有35mah g-1，难以满足实际需要。因此，亟需发展其他高性能钠离子电池负极材料。
2、科研工作者研究了几种有前途的电化学储钠负极材料，比如炭(硬炭、软炭等)、金属(sn,bi等)和金属硒化物(snse,sb2se3等)等。炭材料因为原料易得、抗腐蚀能力强、导电性能好等优势，被认为是最具商业应用前景的负极材料。其中，硬炭因具有较低的储钠电势(低于0.1v)、较高的容量、和良好的循环寿命等优势备受关注，但是其较高的成本和较低的产量限制了其工业化应用。最近，硬碳以外的软炭材料由于具有成本低、产量高和性能突出等特点，引起了人们的广泛关注。举例，li等人通过直接热解法制备了低成本热解无烟煤软炭材料，表现出良好的钠放电性能，在0.03a g-1电流密度下的容量可达222mah g-1。然而，其倍率性能需要进一步提高。此外，其他低成本的软炭材料，如石油焦等，也有待进一步研究。近年来，我国炼油厂规模位居世界前列。炼油副产品石油焦资源非常丰富、价格低廉，但是石油焦含硫量较高、金属杂质多(钒、镍、铁等)、附加值
3、因此，为了提升石油焦的附加值，发展其他低成本高性能的炭材料，有必要开发石油焦基钠离子电池负极材料。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述问题，本专利技术提供一种多孔炭，具有非晶、多孔、n/s原子掺杂的结构优势，能够为钠离子的存储提供更多活性位点，又能缩短钠离子的扩散距离，还能缓冲多孔炭在循环过程中的体积变化，提高了电极的倍率性能和循环稳定性。本专利技术还提供一种多孔炭的制备方法，使用石油焦作为原料制备多孔炭，提高石油焦的附加值，制备得到的多孔炭能够为钠离子电池的应用提供充足原料，提高电极的容量和导电性。本专利技术还提供一种电极材料和钠离子电池。
2、本专利技术第一方面提供了一种多孔炭，所述多孔炭为n/s掺杂的多孔炭，所述多孔炭的硫含量为1.5-5.5wt％。
3、根据本专利技术的一些实施方式，所述多孔炭的氮含量为0.1-1wt％。
4、根据本专利技术的一些实施方式，所述多孔炭的孔容为0.01-0.2cm3 g-1。
5、根据本专利技术的一些实施方式，所述多孔炭的比表面积为5-50m2 g-1。
6、根据本专利技术的一些实施方式，所述多孔炭的金属含量低于10mg/kg。
7、本专利技术中，多孔炭的金属是指钒、镍、铁等。根据本专利技术的一些实施方式，所述多孔炭呈不规则粒状。
8、根据本专利技术的一些实施方式，所述多孔炭具有短程有序、长程无序的微观结构。
9、由微观结构可见，本专利技术获得的多孔炭为非晶结构。
10、本专利技术第二方面提供了第一方面所述的多孔炭的制备方法，包括以下步骤：
11、s1、制备多孔石油焦：获得粉状的石油焦，再将所述石油焦与酸溶液接触，得到多孔石油焦；
12、s2、制备多孔炭：煅烧步骤s1中制备得到的多孔石油焦，得到多孔炭。
13、根据本专利技术的一些实施方式，所述石油焦为高硫石油焦。本专利技术中，高硫是指石油焦中硫含量在1.5wt％以上。
14、根据本专利技术的一些实施方式，所述石油焦的硫含量为1.5-5.5wt％。
15、根据本专利技术的一些实施方式，所述石油焦的硫含量为1.7-4.5wt％。
16、根据本专利技术的一些实施方式，所述石油焦的硫含量为2.1-4.2wt％。
17、根据本专利技术的一些实施方式，所述石油焦的硫含量为2.8-3.2wt％。
18、根据本专利技术的一些实施方式，所述石油焦的硫含量为3wt％。
19、根据本专利技术的一些实施方式，所述石油焦的生产原料包括石油渣油、石油沥青或重质油。
20、根据本专利技术的一些实施方式，所述石油焦的氮含量为0.1-2wt％。
21、根据本专利技术的一些实施方式，所述石油焦选自生焦和熟焦。
22、所述生焦由延迟焦化装置的焦炭塔得到，熟焦由生焦经煅烧处理得到。
23、根据本专利技术的一些实施方式，所述石油焦为生焦。
24、根据本专利技术的一些实施方式，所述石油焦粉的粒径小于5μm。
25、根据本专利技术的一些实施方式，所述石油焦粉的粒径为0.5-1.5μm。
26、根据本专利技术的一些实施方式，所述石油焦粉的粒径为1μm。
27、根据本专利技术的一些实施方式，步骤s1中，获得粉状的石油焦的方法包括对石油焦进行球磨的步骤。
28、根据本专利技术的一些实施方式，步骤s2中煅烧的条件包括：煅烧温度为800-1800℃。
29、根据本专利技术的一些实施方式，步骤s2中煅烧的条件包括：煅烧温度为1000-1600℃。
30、根据本专利技术的一些实施方式，步骤s2中煅烧的条件包括：煅烧温度为1300℃。
31、根据本专利技术的一些实施方式，步骤s2中煅烧的条件包括：煅烧时间为1-10h。
32、根据本专利技术的一些实施方式，步骤s2中煅烧的条件包括：煅烧时间为2-5h。
33、根据本专利技术的一些实施方式，步骤s2中煅烧的条件包括：升温速度为1-10℃/min。
34、根据本专利技术的一些实施方式，步骤s2中煅烧的条件包括：升温速度为4-6℃/min。
35、根据本专利技术的一些实施方式，所述煅烧在非活性气氛中进行。
36、根据本专利技术的一些实施方式，所述煅烧在氮气和/或氩气气氛中进行。
37、根据本专利技术的一些实施方式，所述煅烧在管式炉内进行。
38、根据本专利技术的一些实施方式，步骤s1中，将所述石油焦与过量的酸溶液接触，得到多孔石油焦。
39、根据本专利技术的一些实施方式，所述酸溶液的浓度为1-10mol/l。
40、根据本专利技术的一些实施方式，所述酸溶液的浓度为2-4mol/l。
41、根据本专利技术的一些实施方式，所述酸溶液为盐酸、硝酸中的至少一种。
42、根据本专利技术的一些实施方式，使用酸溶液洗涤所述石油焦3-5次。
43、根据本专利技术的一些实施方式，使用酸溶液洗涤后，再使用水洗涤所述石油焦3-5次。
44、根据本专利技术的一些实施方式，将洗涤后的石油焦干燥8-12h，得到多孔石油焦。
45、本专利技术第三方面提供了一种电极材料，包括第一方面所述的多孔炭或第二方面所述的制备方法制备得到的多孔炭。
46、根据本专利技术的一些实施方式，包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多孔炭，其特征在于，所述多孔炭为N/S掺杂的多孔炭，所述多孔炭的硫含量为1.5-5.5wt％。
2.根据权利要求1所述的多孔炭，其特征在于，所述多孔炭的氮含量为0.1-1wt％；
3.权利要求1或2所述的多孔炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述石油焦的硫含量为1.5-5.5wt％，优选为1.7-4.5wt％；
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中煅烧的条件包括：煅烧温度为800-1800℃，优选为1000-1600℃；
6.根据权利要求3-5中任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，将所述石油焦与过量的酸溶液接触，得到多孔石油焦；优选地，所述酸溶液的浓度为1-10mol/L，优选为2-4mol/L；
7.一种电极材料，其特征在于，包括权利要求1或2所述的多孔炭或权利要求3-6中任一项所述的制备方法制备得到的多孔炭。
8.根据权利要求7所述的电极材料，其特征在于，包括铜箔和涂覆于所述铜箔表面的混合材料，所述
9.一种钠离子电池，其特征在于，将权利要求7或8所述的电极材料作为负极材料；
10.根据权利要求9所述的钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池的隔膜为玻璃纤维；
...【技术特征摘要】
1.一种多孔炭，其特征在于，所述多孔炭为n/s掺杂的多孔炭，所述多孔炭的硫含量为1.5-5.5wt％。
2.根据权利要求1所述的多孔炭，其特征在于，所述多孔炭的氮含量为0.1-1wt％；
3.权利要求1或2所述的多孔炭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述石油焦的硫含量为1.5-5.5wt％，优选为1.7-4.5wt％；
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中煅烧的条件包括：煅烧温度为800-1800℃，优选为1000-1600℃；
6.根据权利要求3-5中任一项所述的制...
【专利技术属性】
技术研发人员：李超，李禄建，刘振宇，蒋文军，梁胜彪，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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