【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池负极材料，尤其是涉及一种碳基复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、碳材料具有优良的导电性、来源广泛、良好的弹性模量，并且具有三维空间结构的碳材料作为宿主时不需要粘结剂和导电添加剂，进而降低成本并提高能量密度。同时，因为碳材料易于控制孔道结构、比表面积大的优势，所以碳材料能够拥有更多的空间用于储存以缓解体积膨胀。这些优势使得碳材料能够胜任碱金属负极宿主。
2、2021年kim等人通过构筑一个富缺陷的碳集流体并于lixni0.8 co0.1 mn0.1基正极和非水含锂电解质溶液匹配全电池，在低电解质条件下，这些电池在超过50次循环中保持90％的初始容量。目前，学界通过在宿主材料中引入金属及其金属化合物以提高其亲钠性，从而加速反应动力学。2022年lee等人采用含碳壳包覆铁纳米颗的三维纳米结构多孔碳颗粒作为高度可逆的钠金属宿主，半电池中，在10ma cm-2和10mah cm-2条件下，在500次循环中实现了高可逆性，库仑效率为99.6％，在60ma cm-2条件下，在对称电池中实现了超过14400次循环。2022年gong等人通过构筑硫化铜纳米片用于锂金属负极实现在1ma cm-2下的超光滑和致密的锂沉积成为可能，在10mah cm-2下的平均厚度为≈53.0μm，接近理论的锂箔厚度，并且在不同的循环下具有高度的可逆性。
3、但是，通过在碳材料上引入金属及其金属化合物的思路使得制备过程繁琐，并且所得的宿主材料的催化剂载量往往偏低，难以达到改善宿主材料电化学性能的目的。生物矿化作为自然界
4、碱金属负极因出色的比容量而被广泛的研究。但是传统的集流体因为单一的孔道结构、低比表面积和低亲碱金属性使得碱金属负极在充放电过程中出现过高的成核过电压，导致更高的电压迟滞，进而电池表现出差的倍率性能。同时，传统的集流体在大电流密度充放电的情况下容易出现电流密度分布不均匀以及因为其储存体积有限，导致非活性物质的生成、枝晶生长、体积膨胀、库伦效率降低，进而电池表现出差的循环性能。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种碳基复合材料及其制备方法和应用，提供一种利用生物矿化的方法得到负载有催化剂的碳材料，生物质作为碳源并且利用其生物矿化的作用使得金属离子自发且均匀地富集在生物质内部并形成催化剂；利用富集在生物质内部的金属离子生成的催化剂在碳材料表面生长碳管，进而增加碳材料的比表面积、导电性，改善其电化学性能。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种碳基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
3、s1、将金属盐溶于去离子水中，利用磁力搅拌器搅拌至金属盐完全溶解，得到金属盐溶液；
4、s2、将生物质浸渍在金属盐溶液，利用生物质的矿化作用将金属盐富集并实现自组装得到前驱体；
5、s3、将步骤s2得到的前驱体冷冻干燥，得到样品；
6、s4、将样品在氩气气氛中，热解碳化，得碳-金属复合材料；
7、s5、将步骤s4得到的碳-金属复合材料，置于酸性溶液中，浸泡去除多余的金属颗粒，然后用去离子水洗至中性并放入烘箱中保温，得到碳化后的生物质；
8、s6、步骤s5中碳化后的生物质通过砂纸和冲子得到碳片；
9、s7、将步骤s6得到的碳片进一步进行高温碳化，并在其上游放置三聚氰胺，生成碳基复合材料。
10、优选的，步骤s1中，金属盐为铁盐、钴盐、镍盐中的任意一种；金属盐与去离子水的质量比为40～162：10000；搅拌温度为25℃；搅拌速率为200～600r/min；金属盐溶液的浓度为0.05～0.2mol/l。
11、优选的，步骤s2中，生物质为菌菇渣、椴木、竹子等农业废弃物；生物质与金属盐溶液的质量比为4～8：100；浸渍时间为10～48h。
12、优选的，步骤s3中，冷冻干燥为在-50℃的环境中保温1～5h，再于20℃的环境中干燥24～48h。
13、优选的，步骤s4中，碳化的温度为800～1000℃；碳化时间为60min。
14、优选的，步骤s5中，酸溶液为盐酸溶液，浓度为1～2mol/l；浸泡时间为5～10h；保温时间为10～24h；保温温度为50～80℃。
15、优选的，步骤s6中，碳片厚度0.55～0.65mm，直径8～10mm。
16、优选的，步骤s7中，高温碳化过程为先以5℃/min升至180℃保温2h，再以2℃/min升至680℃保温4h；
17、碳片与三聚氰胺的质量比为1：240～400。
18、本专利技术还提供了一种碳基复合材料的制备方法制备的碳基复合材料。
19、本专利技术还提供了一种碳基复合材料在碱金属负极载体中的应用。
20、因此，本专利技术采用上述一种碳基复合材料及其制备方法和应用，其技术效果如下：
21、(1)提供一种利用生物矿化的方法得到负载有催化剂的碳材料，生物质作为碳源并且利用其生物矿化的作用使得金属离子自发且均匀地富集在生物质内部并形成催化剂。
22、(2)利用富集在生物质内部的金属离子生成的催化剂在碳材料表面生长碳管，进而增加碳材料的比表面积、导电性，改善其电化学性能。
23、(3)提供一种用于碱金属负极碳材料，上述方法制备，具有制备方式简易、成本低廉和优异的电化学性能，用作碱金属负极时能使成核过电压降低、库伦效率提高、增加循环寿命以及倍率性能。
24、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种碳基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种碳基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中，金属盐与去离子水的质量比为40～162：10000；搅拌温度为25℃；搅拌速率为200～600r/min；金属盐溶液的浓度为0.05～0.2mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种碳基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，生物质与金属盐溶液的质量比为4～8：100；浸渍时间为10～48h。
4.根据权利要求1所述的一种碳基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，冷冻干燥为在-50℃的环境中保温1～5h，再于20℃的环境中干燥24～48h。
5.根据权利要求1所述的一种碳基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中，碳化的温度为800～1000℃；碳化时间为60min。
6.根据权利要求1所述的一种碳基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中，酸溶液为盐酸溶液，浓度为1～2mol/L；浸泡时间为5～10h；保温时间为10～24h；保温温度为50～80℃。
7.根据
8.根据权利要求1所述的一种碳基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S7中，高温碳化过程为先以5℃/min升至180℃保温2h，再以2℃/min升至680℃保温4h；
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的碳基复合材料的制备方法制备的碳基复合材料。
10.一种根据权利要求9所述的碳基复合材料在碱金属负极载体中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种碳基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种碳基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，金属盐与去离子水的质量比为40～162：10000；搅拌温度为25℃；搅拌速率为200～600r/min；金属盐溶液的浓度为0.05～0.2mol/l。
3.根据权利要求1所述的一种碳基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，生物质与金属盐溶液的质量比为4～8：100；浸渍时间为10～48h。
4.根据权利要求1所述的一种碳基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，冷冻干燥为在-50℃的环境中保温1～5h，再于20℃的环境中干燥24～48h。
5.根据权利要求1所述的一种碳基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤s4中，碳化的温度为800...
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