本發(fā)明涉及電池材料，特別涉及一種多孔碳材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)制備多孔材料的方法在某些方面存在一些挑戰(zhàn)，其中包括硬模板法。

2、這些挑戰(zhàn)主要包括：a.成本高昂：傳統(tǒng)的硬模板法通常需要昂貴的模板材料，如金屬或陶瓷，以及復(fù)雜的制備和去除步驟，導(dǎo)致制備成本相對較高。b.結(jié)構(gòu)受損：去除硬模板的過程可能導(dǎo)致多孔結(jié)構(gòu)的部分破損或不均勻，降低了最終多孔材料的性能。c.有限的可控性：傳統(tǒng)方法在調(diào)控孔結(jié)構(gòu)、孔徑和形貌方面的可控性相對有限，難以實現(xiàn)對多孔材料的精確設(shè)計。d.局限于硬材料：硬模板法通常要求使用機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性較高的硬模板材料，限制了可選擇的多孔材料的范圍。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例提供了一種多孔碳材料及其制備方法和應(yīng)用，為了克服傳統(tǒng)方法的局限性，本發(fā)明采用二氧化硅介孔空心球作為硬模板，利用二氧化硅介孔空心球具有的良好分散性、可控的孔徑和均勻的孔結(jié)構(gòu)，為制備具有高度可控多孔結(jié)構(gòu)的材料奠定了基礎(chǔ)。

2、本發(fā)明通過將二氧化硅介孔空心球與酚醛樹脂等前體物質(zhì)結(jié)合，以及調(diào)節(jié)離心過程，實現(xiàn)了對球形多孔碳材料形貌和孔結(jié)構(gòu)的高度可控制備。相較于傳統(tǒng)方法，這種創(chuàng)新性的方法更經(jīng)濟、簡便，并能夠?qū)崿F(xiàn)更廣泛范圍內(nèi)的材料設(shè)計和制備。

3、本發(fā)明提供的制備方法為制備用于催化劑、吸附材料、電極材料等領(lǐng)域的球形多孔碳材料提供了一種新途徑。其優(yōu)越的制備方法和所得材料的性能將在環(huán)境、能源和材料科學(xué)等多個領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。這種創(chuàng)新性的制備方法有望推動多孔材料領(lǐng)域的進一步發(fā)展和應(yīng)用。

4、為實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種多孔碳材料的制備方法，所述制備方法包括：

5、步驟s1，將二氧化硅介孔空心球、表面活性劑和去離子水置于分散設(shè)備中，進行分散處理，使二氧化硅介孔空心球均勻的分散在去離子水中，得到分散液；

6、步驟s2，將苯酚、甲醛、堿性催化劑和輔助添加劑加入到上述分散液中，攪拌均勻后，再抽真空攪拌，得到前驅(qū)體溶液；

7、步驟s3，將前驅(qū)體溶液置于離心管中進行離心分散，使二氧化硅介孔空心球與二氧化硅介孔空心球外的液體分離，而空心球內(nèi)部填充有苯酚、甲醛、堿性催化劑和輔助添加劑，得到白色二氧化硅介孔球沉淀；

8、步驟s4，將白色二氧化硅介孔球沉淀均勻分散在去離子水中，置于加熱設(shè)備中，在一定溫度下使空心球內(nèi)的苯酚和甲醛發(fā)生縮合反應(yīng)生成酚醛樹脂，離心后，得到沉淀物；

9、步驟s5，將沉淀物置于烘箱中，使酚醛樹脂得到固化，得到中間體材料；

10、步驟s6，將中間體材料置于管式爐中，進行碳活化處理，在一定溫度下，使材料碳化，并使分散在酚醛樹脂間隙中的輔助添加劑分解揮發(fā)形成孔隙，另外在co2氣體下進行活化處理，得到前驅(qū)體體材料；

11、步驟s7，將前驅(qū)體材料置于氫氟酸溶液中，浸泡攪拌，使前驅(qū)體材料中的二氧化硅介孔空心球被刻蝕掉，之后使用去離子水進行沖洗至少5次，烘干后得到多孔碳材料。

12、優(yōu)選的，所述步驟s1中的二氧化硅介孔空心球的粒徑dv50在100nm-1000nm之間；所述二氧化硅介孔空心球的介孔的孔徑在2nm-50nm之間；

13、所述表面活性劑包括：十二烷基苯磺酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨ctab、聚乙烯醚peg中的一種或多種；所述表面活性劑與所述二氧化硅介孔空心球的質(zhì)量比為1:6；

14、所述二氧化硅介孔空心球與去離子水的質(zhì)量比為[1-10]：100；

15、所述分散設(shè)備為超聲波分散機，分散處理的時間為30min-1小時。

16、優(yōu)選的，所述步驟s2中的輔助添加劑為水溶性聚合物，具體包括：聚環(huán)氧乙烷peo、聚丙烯酸paa、尿素、聚乙二醇中的一種或多種；

17、所述堿性催化劑包括：氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鈉、氨水中的一種或多種；

18、所述苯酚與所述甲醛的摩爾比為1:[1-10]；

19、所述堿性催化劑與去離子水的質(zhì)量比為1:[1-10]；

20、所述輔助添加劑與去離子水的質(zhì)量比為1:[1-20]；

21、所述抽真空攪拌的設(shè)備為真空攪拌機。

22、優(yōu)選的，所述步驟s3中的離心分散的轉(zhuǎn)速和所述步驟s4中的離心的轉(zhuǎn)速均為1000轉(zhuǎn)/分鐘-5000轉(zhuǎn)/分鐘，離心時間為5分鐘-10分鐘；

23、所述步驟s4中的去離子水的用量為100m?l-200m?l，所述一定溫度為50℃-60℃。

24、優(yōu)選的，所述步驟s5中的固化的溫度為90℃-120℃，固化時間為3小時-12小時。

25、優(yōu)選的，所述步驟s6中的碳活化處理的過程為：將中間體材料置于管式爐中，通入流量為0.1l/mi-0.5l/min的氮氣置換空氣，在氮氣氣氛下，以3℃/min-10℃/min的升溫速率升溫至500℃-600℃，保溫3小時-10小時，再以3℃/min-10℃/min的升溫速率升溫至900℃，之后通入流量為0.1l/m?i-0.5l/min的二氧化碳氣體置換氮氣，保溫3小時-18小時，最后自然降至室溫。

26、優(yōu)選的，所述步驟s7的氫氟酸溶液的濃度為5％-10％；所述步驟s7的氫氟酸溶液的濃度為5％-10％；所述浸泡攪拌的時間為3小時-24小時；所述烘干的條件是在80℃下烘烤2小時-12小時。

27、第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種上述第一方面所述的制備方法制備得到的多孔碳材料，所述多孔碳材料為球形酚醛樹脂多孔碳材料；

28、所述多孔碳材料的粒徑dv50在100nm-1000nm之間；

29、所述多孔碳材料的孔隙的孔徑所述多孔碳材料的比表面積為在400m2/g-1000m2/g之間；

30、所述多孔碳材料是通過硬模板法將二氧化硅介孔空心球作為硬模板，使所述二氧化硅介孔空心球的空心中和介孔中的苯酚和甲醛發(fā)生縮合反應(yīng)形成酚醛樹脂，再通過固化、碳活化處理和刻蝕之后獲得。

31、第三方面，本發(fā)明實施例提供了一種負極極片，所述負極極片包括上述第二方面所述的多孔碳材料。

32、第四方面，本發(fā)明實施例提供了一種二次電池，所述二次電池包括上述第三方面所述的負極極片。

33、本發(fā)明實施例提供了一種多孔碳材料及其制備方法和應(yīng)用，通過硬模板法將二氧化硅介孔空心球作為硬模板，使二氧化硅介孔空心球的空心中的苯酚和甲醛發(fā)生縮合反應(yīng)形成酚醛樹脂，再通過固化、碳活化處理和刻蝕之后獲得的球形酚醛樹脂多孔碳材料。

34、本發(fā)明提供的多孔碳材料的制備方法，操作簡單，采用二氧化硅介孔空心球作為硬模板，二氧化硅介孔空心球相對于一些傳統(tǒng)的硬模板材料來說更經(jīng)濟可行，降低了制備成本，并且可通過調(diào)節(jié)硬模板的尺寸決定合成球形多孔碳材料的尺寸、制備的球形多孔碳材料具有均勻的孔結(jié)構(gòu)、可通過調(diào)節(jié)添加材料的類型和濃度來控制孔結(jié)構(gòu)和孔徑。此外，由于采用二氧化硅介孔空心球作為硬模板，相較于一些傳統(tǒng)方法更為環(huán)保，減少了對環(huán)境的不利影響。

35、通過本發(fā)明制備方法得到的多孔碳材料可以作為電極材料用于二次電池中，可以提高二次電池的循環(huán)性能。同時，本發(fā)明的多孔碳材料還可以作為催化劑、吸附材料等使用，具有廣泛的應(yīng)用前景。