[发明专利]碳材料及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种碳材料，其中，所述碳材料为无定形碳材料；

所述碳材料含有N元素，所述碳材料的(002)晶面的层间距d₀₀₂、c轴方向的微晶尺寸Lc以及a轴方向的微晶尺寸La、表面N元素与表面C元素的摩尔比N/C满足以下条件：

(1)0.345nm≤d₀₀₂≤0.37nm，0.58Lc×d₀₀₂≤0.69，50≤100×Lc/La³/d₀₀₂³≤73；

(2)N/C≤0.05；

其中，所述碳材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳前驱体添加至溶剂中，搅拌得到悬浊液；

(2)静置，待相分离后除去所述悬浊液中的液体和上层漂浮物，将分离处理得到的固体进行干燥；

(3)将干燥得到的产物与氧化性气体接触，进行预氧化；

(4)在惰性气体或真空条件下，将预氧化得到的产物进行炭化处理，即得所述碳材料；

所述碳前驱体为沥青。

2.根据权利要求1所述的碳材料，其中，所述碳材料的(002)晶面的层间距d₀₀₂、c轴方向的微晶尺寸Lc以及a轴方向的微晶尺寸La、表面N元素与表面C元素的摩尔比N/C满足以下条件：(1)0.346nm≤d₀₀₂≤0.36nm，0.58Lc×d₀₀₂≤0.68，50≤100×Lc/La³/d₀₀₂³≤70；(2)N/C≤0.01。

3.一种权利要求1或2所述的碳材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳前驱体添加至溶剂中，搅拌得到悬浊液；

(2)静置，待相分离后除去所述悬浊液中的液体和上层漂浮物，将分离处理得到的固体进行干燥；

(3)将干燥得到的产物与氧化性气体接触，进行预氧化；

(4)在惰性气体或真空条件下，将预氧化得到的产物进行炭化处理，即得所述碳材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，步骤(1)中，所述碳前驱体与所述溶剂的重量比为1：1-100；

和/或，所述沥青的软化点为40-400℃；

和/或，所述碳前驱体经粉碎处理。

5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其中，所述碳前驱体为中间相沥青、煤沥青和石油沥青中的至少一种；

和/或，步骤(1)中，所述碳前驱体与所述溶剂的重量比1:1-10；

和/或，所述沥青的软化点为50-350℃；

和/或，所述碳前驱体依次经粉碎、球磨处理。

6.根据权利要求3或4所述的制备方法，其中，步骤(3)中，所述预氧化的条件包括：温度为50-500℃；时间为1-20h；

和/或，所述氧化性气体为空气和/或氧气；

和/或，所述预氧化是在旋转蒸发仪中进行的。

7.根据权利要求3或4所述的制备方法，其中，步骤(3)中，所述预氧化的条件包括：温度为70-300℃；时间为2-15h。

8.根据权利要求3或4所述的制备方法，其中，步骤(4)中，所述炭化处理的条件包括：炭化温度900-1800℃，炭化时间为1-20h；

和/或，所述炭化处理为二段炭化；

和/或，一段炭化的条件包括：炭化温度为400-900℃，炭化时间为1-10h；

和/或，二段炭化的条件包括：炭化温度为900-1800℃，炭化时间为1-20h。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其中，步骤(4)中，所述炭化处理的条件包括：炭化温度为1000-1600℃，炭化时间为2-10h；

和/或，所述一段炭化的条件包括：炭化温度为500-800℃，炭化时间为2-8h；

和/或，所述二段炭化的条件包括：炭化温度为1000-1600℃，炭化时间为2-10h。