CN117105206A - 碳材料及其制备方法、负极材料、电池 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及碳材料及其制备方法、负极材料、电池，碳材料呈棒状结构，所述碳材料具有孔且所述碳材料的长径比为3～15。本申请的碳材料呈棒状结构，能够减少颗粒间孔隙，减少极片压制过程中颗粒破碎，有利于提升材料的压实密度、能量密度和电化学性能。
Description
技术领域
本发明涉及负极材料技术领域，尤其涉及碳材料及其制备方法、负极材料、电池。
背景技术
多孔碳负极材料是改善锂离子电池循环膨胀性能的最关键材料之一。现有常用的多孔碳负极材料其内部的空腔或孔洞结构多为介孔或大孔结构，这样的孔结构导致多孔碳负极材料在与活性物质诸如硅、锡、铅、硫等进行复合时往往效率低下，并且伴有安全隐患。在多孔碳负极材料与活性物质进行复合的过程中，活性物质难以将多孔碳负极材料中的大孔与介孔完全填充，且活性物质在多孔碳的孔结构中难以实现均匀分布，一方面导致复合材料的压实密度与能量密度的提升受限，另一方面会导致复合材料在循环过程中膨胀张力分布不均匀，从而导致复合材料的分裂和粉碎，产生安全隐患。同时，多孔碳负极材料颗粒间存在较多的孔洞结构，这些孔洞结构会导致材料的力学性能变差，在压实、制成极片的过程中受力破裂，降低材料的库伦效率。
因此，如何提高负极材料的力学性能及能量密度，减少极片压制过程中颗粒破裂是目前仍需解决的问题。
发明内容
本申请的目的在于提供一种碳材料及其制备方法、负极材料、电池，本申请的碳材料呈棒状结构，能够减少颗粒间孔隙，减少极片压制过程中颗粒破裂，有利于提升材料的压实密度、能量密度和电化学性能。
第一方面，本申请提供一种碳材料，所述碳材料呈棒状结构，所述碳材料具有孔，且所述碳材料的长径比为3～15。
在一些实施方式中，所述碳材料的长度为0.3μm～5μm。
在一些实施方式中，所述碳材料的直径为0.1μm～3μm。
在一些实施方式中，所述碳材料的总孔体积为0.2cm3/g～0.8cm3/g。
在一些实施方式中，所述碳材料的比表面积为500m2/g～1600m2/g。
在一些实施方式中，所述碳材料中的孔的平均孔径为0.8nm～2.5nm。
在一些实施方式中，所述碳材料中的孔包括微孔、介孔及大孔。
在一些实施方式中，所述碳材料中的孔包括微孔，所述微孔的孔体积在所述总孔体积中的体积占比为80％～95％。
在一些实施方式中，所述碳材料中的孔包括介孔，所述介孔的孔体积在所述总孔体积中的体积占比为5％～15％。
在一些实施方式中，所述碳材料中的孔包括大孔，所述大孔的孔体积在所述总孔体积中的体积占比为0％～5％。
在一些实施方式中，所述碳材料含有氧元素，所述碳材料中氧元素的质量含量为1％～5.5％。
在一些实施方式中，所述碳材料组装成的电池的的充电容量为250mAh/g～400mAh/g。
在一些实施方式中，所述碳材料组装成的电池的的库伦效率为40％～55％。
第二方面，本申请提供一种负极材料，所述负极材料包括第一方面所述的碳材料及活性物质，所述碳材料具有孔，至少部分的所述活性物质填充在所述碳材料的孔内。
在一些实施方式中，所述负极材料中的碳元素的质量含量为70％～98％。
在一些实施方式中，所述活性物质包括硅基活性粒子。
在一些实施方式中，所述活性物质包括硅基活性粒子，所述硅基活性粒子包括非晶硅、晶体硅、硅氧化物、硅合金、晶体硅与非晶硅的复合物中的至少一种。
在一些实施方式中，所述活性物质包括硅基活性粒子，所述硅基活性粒子的中值粒径为0.85nm～2.45nm。
在一些实施方式中，所述负极材料的比表面积为0.5m2/g～5m2/g。
在一些实施方式中，所述负极材料的孔体积为0.001cm3/g～0.020cm3/g。
在一些实施方式中，所述负极材料的压实密度为0.90g/cm3～1.10g/cm3。
第三方面，本申请提供一种碳材料的制备方法，包括以下步骤：
将含无机锌盐与聚合物单体的混合溶液进行原位聚合反应及共沉淀反应，得到包含聚合物与氢氧化锌的复合物，其中，所述无机锌盐的浓度为0.045mol/L～0.400mol/L；
将所述复合物进行干燥处理，形成包含聚合物与氧化锌的前驱体；
在惰性气体氛围下将所述前驱体进行阶梯升温热处理，得到呈棒状结构的碳材料，所述碳材料的长径比为3～15。
在一些实施方式中，所述无机锌盐包括氯化锌、硝酸锌、醋酸锌、硫酸锌、氟硅酸锌、氟硼酸锌和葡萄糖酸锌中的至少一种。
在一些实施方式中，所述聚合物单体包括第一单体和第二单体。
在一些实施方式中，所述聚合物单体包括第一单体，所述第一单体包括苯酚及其衍生物、三聚氰胺及其衍生物或苯甲酸及其衍生物。
在一些实施方式中，所述聚合物单体包括第一单体，所述第一单体包括苯酚、间苯二酚、邻苯二酚、邻苯二酚、对苯二酚、间苯三酚、对氨基苯酚和多巴胺中的至少一种。
在一些实施方式中，所述聚合物单体包括第一单体，所述第一单体包括三聚氰胺、苯代三聚氰胺、三氯三聚氰胺和六甲醇基三聚氰胺中的至少一种。
在一些实施方式中，所述聚合物单体包括第一单体，所述第一单体包括苯甲酸、对甲基苯甲酸、对氟苯甲酸和3-氯苯甲酸中的至少一种。
在一些实施方式中，所述聚合物单体包括第二单体，所述第二单体包括甲醛、糠醛、乙醛、丙醛和丁醛中的至少一种。
在一些实施方式中，所述混合溶液中还包括表面活性剂，所述表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、羧甲基纤维素钠和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
在一些实施方式中，所述混合溶液中还包括表面活性剂，所述表面活性剂的浓度为0.10mol/L～0.15mol/L。
在一些实施方式中，所述混合溶液中还包括pH调节剂，所述pH调节剂包括氨水、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种。
在一些实施方式中，所述混合溶液的pH值为10～14。
在一些实施方式中，所述原位聚合反应的反应温度为28℃～50℃。
在一些实施方式中，所述原位聚合的反应时间为4h～12h。
在一些实施方式中，所述原位聚合反应在搅拌状态下进行，控制搅拌速率为100r/min～1500r/min。
在一些实施方式中，所述将含无机锌盐与聚合物单体的混合溶液进行原位聚合反应，得到包含聚合物与氢氧化锌的复合物的具体步骤为：
将聚合物单体、无机锌盐、表面活性剂和氨水加入溶剂中进行混合，得到含无机锌盐与聚合物单体的混合溶液；
将所述混合溶液进行原位聚合反应及共沉淀反应，固液分离，得到包含聚合物与氢氧化锌的复合物。
在一些实施方式中，所述溶剂包括水、乙醇、甲醇和丙醇中的至少一种。
在一些实施方式中，所述固液分离包括过滤分离或离心分离中的至少一种。
在一些实施方式中，所述干燥处理的温度为60℃～90℃。
在一些实施方式中，所述干燥处理的时间为6h～24h。
在一些实施方式中，所述阶梯式升温热处理包括：将所述前驱体置于300℃～400℃热处理1h～3h，再升温至600℃～900℃热处理1h～6h，最后升温至950℃～1100℃热处理3h～6h。
在一些实施方式中，所述阶梯式升温热处理的升温速率为1℃/min～5℃/min。
在一些实施方式中，所述惰性气体氛围包括氦气、氮气、氩气中的至少一种。
在一些实施方式中，所述方法还包括对阶梯式升温热处理后的产物进行冷却、整形和过筛，所述整形包括机械粉碎、研磨、球磨或气流粉碎中的至少一种。
第四方面，本申请提供一种电池，所述电池包括第一方面所述的碳材料或第三方面所述的碳材料的制备方法制备得到的碳材料。
与现有技术相比，本申请的技术方案至少具有以下有益效果：
本申请提供的碳材料，碳材料呈棒状结构，碳材料颗粒排列堆积在一起，颗粒之间孔隙少，能够减少碳材料中的孔洞结构，提高碳材料的力学性能，能够减少碳材料在压实制片过程中出现破裂的概率，有利于提升碳材料的压实密度、能量密度和电化学性能；通过控制碳材料的长径比，有利于提供连续的轴向电子传输路径和较短的径向离子扩散路径，大幅提升碳材料的倍率性能；碳材料具有大量微孔孔结构，在与活性物质进行复合的过程中，能够有效利用微孔的化学气相渗透优势，有利于活性物质在复合过程中均匀高效地分布在碳材料的孔内，有利于活性物质膨胀应力的均匀分散，减少负极材料的分裂和破碎，有利于负极材料的压实密度和能量密度的提升。
本申请提供的负极材料，负极材料包括碳材料，碳材料具有孔，碳材料中的孔以微孔为主，硅基活性粒子填充在碳材料的孔内，从而有利于提升负极材料的压实密度和能量密度；同时，硅基活性粒子能够在碳材料的孔内均匀分布，有利于提升负极材料循环过程中膨胀张力的分布均匀性，减少负极材料的分裂和破碎，降低负极材料的安全隐患。
本申请提供的碳材料的制备方法，通过将含无机锌盐与聚合物单体的混合溶液进行原位聚合反应，在原位聚合过程中，溶液中的无机锌盐沉淀生成氢氧化锌，同时聚合物单体聚合形成聚合物，聚合物与氢氧化锌进行共沉淀，通过共沉淀作用生成了包含聚合物与氢氧化锌的复合物；此外，通过控制混合溶液中无机锌盐的浓度来控制碳材料的长径比，从而控制碳材料为棒状结构；将复合物进行干燥处理，在干燥处理的过程中，氢氧化锌分解形成呈棒状结构的氧化锌，同时聚合物颗粒以氧化锌为模板进行堆叠排列，形成棒状结构的含聚合物和氧化锌的前驱体；在惰性气体氛围下将所述前驱体进行阶梯升温热处理，在热处理过程中，可以将棒状前驱体的结构进行初步固化，减少升温过快导致棒状结构破坏的情况发生，再升温进行碳化处理，前驱体中的聚合物在高温碳化的过程中裂解形成含有氧化锌的碳材料，然后氧化锌被碳材料内的部分碳还原成锌单质，最后锌高温气化从碳材料内部脱出，锌蒸气能够作为造孔剂使得碳材料形成均匀的孔，孔从碳材料内部延伸到碳材料表面，从而形成具有孔的呈棒状结构的碳材料。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本申请实施例提供的碳材料的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的碳材料的制备工艺流程图；
图3为本申请实施例1提供的碳材料的扫描电镜图；
图4为本申请实施例2提供的碳材料的扫描电镜图；
图5为本申请对比例1提供的碳材料的扫描电镜图；
图6为本申请对比例2提供的碳材料的扫描电镜图；
图7为本申请实施例1提供的碳材料的孔径分布图；
图8为本申请实施例2提供的碳材料的孔径分布图；
图9为本申请对比例1提供的碳材料的孔径分布图；
图10为本申请对比例2提供的碳材料的孔径分布图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
第一方面，如图1所示，本申请提供一种碳材料，所述碳材料呈棒状结构，所述碳材料具有孔，且所述碳材料的长径比为3～15。
本申请提供的碳材料，碳材料呈棒状结构，碳材料颗粒排列堆积在一起，碳材料颗粒之间孔隙少，能够减少碳材料中的孔洞结构，提高碳材料的力学性能，能够减少碳材料在压实制片过程中出现破裂的概率，有利于提升碳材料的压实密度、能量密度和电化学性能；通过控制碳材料的长径比，有利于提供连续的轴向电子传输路径和较短的径向离子扩散路径，大幅提升碳材料的倍率性能；碳材料具有大量微孔孔结构，在与活性物质进行复合的过程中，能够有效利用微孔的化学气相渗透优势，有利于活性物质在复合过程中均匀高效地分布在碳材料的孔内，有利于活性物质膨胀应力的均匀分散，减少负极材料的分裂和破碎，有利于负极材料的压实密度和能量密度的提升。轴向是指碳材料的长度方向，径向是指碳材料的直径方向。
具体地，碳材料的长径比可以是3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15等，在此不做限定。优选地，碳材料的长径比为5～10。
在一些实施方式中，所述碳材料的长度为0.3μm～5μm，具体可以是0.3μm、0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm或5μm等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。优选地，所述碳材料的长度为1μm～3μm。
在一些实施方式中，所述碳材料的直径为0.1μm～3μm，具体可以是0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、1μm、1.5μm、2μm、2.5μm或3μm等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。优选地，所述碳材料的直径为0.3μm～0.5μm。
在一些实施方式中，所述碳材料的总孔体积为0.2cm3/g～0.8cm3/g。碳材料的总孔体积具体可以是0.2cm3/g、0.3cm3/g、0.4cm3/g、0.5cm3/g、0.6cm3/g、0.7cm3/g或0.8cm3/g等，在此不做限定。优选地，碳材料的总孔体积为0.5cm3/g～0.8cm3/g。
在一些实施方式中，所述碳材料的比表面积为500m2/g～1600m2/g。碳材料的比表面积具体可以是500m2/g、600m2/g、700m2/g、800m2/g、900m2/g、1000m2/g、1100m2/g、1200m2/g、1300m2/g、1400m2/g、1500m2/g或1600m2/g等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。优选地，碳材料的比表面积为600m2/g～900m2/g。
在一些实施方式中，所述碳材料中的孔的平均孔径为0.8nm～2.5nm，具体可以是0.8nm、0.9nm、1nm、1.1nm、1.3nm、1.5nm、1.6nm、1.8nm、2nm、2.3nm或2.5nm等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。优选地，碳材料的平均孔径为1nm～1.5nm。
在一些实施方式中，所述碳材料中的孔包括微孔、介孔及大孔。
在一些实施方式中，所述碳材料中的孔包括微孔，所述微孔的孔体积在所述总孔体积中的体积占比为80％～95％，具体可以是80％、81％、83％、85％、87％、90％、91％、92％、93％、94％或95％等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。可以理解地，控制碳材料中微孔的体积占比在上述范围内，提高碳材料与活性物质的复合均匀性，使得活性物质能够在复合的过程中均匀地分布在碳材料的孔结构中，提升负极材料循环过程中膨胀张力的分布均匀性，减少负极材料的分裂和破碎，降低负极材料的安全隐患；同时，碳材料的微孔结构可以被活性物质尽可能完全地填充，有利于负极材料的压实密度和能量密度的提升。优选地，碳材料中微孔的孔体积在总孔体积中的体积占比为90％～95％。
在一些实施方式中，所述碳材料中的孔包括介孔，所述介孔的孔体积在所述总孔体积中的体积占比为5％～15％，具体可以是5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％或15％等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。优选地，碳材料中介孔的孔体积在总孔体积中的体积占比为5％～10％。
在一些实施方式中，所述碳材料中的孔包括大孔，所述大孔的孔体积在所述总孔体积中的体积占比为0％～5％，具体可以是0％、0.5％、1％、1％、3％、4％或5％，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。优选地，碳材料中大孔的孔体积在总孔体积中的体积占比为0％～1％。
在一些实施方式中，所述碳材料含有氧元素，所述碳材料中氧元素的质量含量为1％～5.5％，具体可以是1％、1.2％、1.5％、1.8％、2％、2.4％、2.6％、2.9％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.1％、5.2％、5.3％或5.5％等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。控制碳材料中氧元素的质量含量在上述范围内，有利于碳材料导电性能的提升。优选地，碳材料中氧元素的质量含量为1％～4.2％。
在一些实施方式中，所述碳材料组装成的电池的充电容量为250mAh/g～400mAh/g，具体可以是250mAh/g、260mAh/g、280mAh/g、300mAh/g、320mAh/g、330mAh/g、350mAh/g、360mAh/g、370mAh/g、380mAh/g、390mAh/g或400mAh/g等，在此不做限定。优选地，碳材料的充电容量为320mAh/g～390mAh/g。
在一些实施方式中，所述碳材料组装成的电池的库伦效率为40％～55％，具体可以是40％、43％、45％、48％、50％、51％、52％、53％、54％或55％等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。优选地，碳材料的库伦效率为48％～55％。
第二方面，本申请提供一种负极材料，所述负极材料包括第一方面所述的碳材料及活性物质，所述碳材料具有孔，至少部分的所述活性物质填充在所述碳材料的孔内。
在一些实施方式中，活性物质指的是可以与锂反应，进行脱嵌锂的物质。具体地，活性物质包括Li、Na、K、Sn、Ge、Si、Fe、SiO、Mg、Ti、Zn、Al、P及Cu中的至少一种；活性物质可以是金属单质。
在一些实施方式中，活性物质具体可以是Si颗粒、Sn颗粒、Ge颗粒、Al颗粒，在另外的一些实施方式中，活性物质也可以是硅锂合金、硅镁合金等，当然，需要说明的是，在一些情况下，活性物质包括单质颗粒和合金。
本申请提供的负极材料，负极材料包括碳材料，碳材料具有孔，碳材料中的孔以微孔为主，硅基活性粒子填充在碳材料的孔内，从而有利于提升负极材料的压实密度和能量密度；同时，硅基活性粒子能够在碳材料的孔内均匀分布，有利于提升负极材料循环过程中膨胀张力的分布均匀性，减少负极材料的分裂和破碎，降低负极材料的安全隐患。
在一些实施方式中，所述负极材料中的碳元素的质量含量为70％～98％，具体可以是70％、75％、80％、85％、90％、92％、95％、96％、97％或98％等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，所述活性物质包括硅基活性粒子。
在一些实施方式中，所述硅基活性粒子包括非晶硅、晶体硅、硅氧化物、硅合金、晶体硅与非晶硅的复合物中的至少一种。
在一些实施方式中，所述硅基活性粒子的中值粒径为0.85nm～2.45nm，具体可以是0.85nm、0.9nm、0.95nm、1nm、1.2nm、1.5nm、1.8nm、2.0nm、2.1nm、2.2nm、2.3nm、2.4nm或2.45nm等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，所述负极材料的比表面积为0.5m2/g～5m2/g，具体可以是0.5m2/g、1m2/g、1.5m2/g、2m2/g、2.5m2/g、3m2/g、3.5m2/g、4m2/g、4.5m2/g或5m2/g等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，所述负极材料的孔体积为0.001cm3/g～0.020cm3/g，具体可以是0.001cm3/g、0.005cm3/g、0.01cm3/g、0.015cm3/g或0.02cm3/g等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，所述负极材料的压实密度为0.90g/cm3～1.10g/cm3，具体可以是0.9g/cm3、0.92g/cm3、0.95g/cm3、0.98g/cm3、1g/cm3或1.1g/cm3等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。
第三方面，本申请提供一种碳材料的制备方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤S10，将含无机锌盐与聚合物单体的混合溶液进行原位聚合反应及共沉淀反应，得到包含聚合物与氢氧化锌的复合物，其中，所述无机锌盐的浓度为0.045mol/L～0.400mol/L；
步骤S20，将所述复合物进行干燥处理，形成包含聚合物与氧化锌的前驱体；
步骤S30在惰性气体氛围下将所述前驱体进行阶梯升温热处理，得到呈棒状结构的碳材料，所述碳材料的长径比为3～15。
本申请提供的碳材料的制备方法，通过将含无机锌盐与聚合物单体的混合溶液进行原位聚合反应，在原位聚合过程中，溶液中的无机锌盐沉淀生成氢氧化锌，同时聚合物单体聚合形成聚合物，聚合物与氢氧化锌进行共沉淀，通过共沉淀作用生成了包含聚合物与氢氧化锌的复合物；此外，通过控制混合溶液中无机锌盐的浓度来控制碳材料的长径比，从而控制碳材料为棒状结构；将复合物进行干燥处理，在干燥处理的过程中，氢氧化锌分解形成呈棒状结构的氧化锌，同时聚合物颗粒以氧化锌为模板进行堆叠排列，形成棒状结构的含聚合物和氧化锌的前驱体；在惰性气体氛围下将所述前驱体进行阶梯升温热处理，在热处理过程中，可以将棒状前驱体的结构进行初步固化，减少升温过快导致棒状结构破坏的情况，再升温进行碳化处理，前驱体中的聚合物在高温碳化的过程中裂解形成含有氧化锌的碳材料，然后氧化锌被碳材料内的部分碳还原成锌单质，最后锌高温气化从碳材料内部脱出，锌蒸气能够作为造孔剂使得碳材料形成均匀的孔，孔从碳材料内部延伸到碳材料表面，从而形成具有孔的呈棒状结构的碳材料。
以下结合实施例具体介绍本申请的制备方法：
步骤S10，将含无机锌盐与聚合物单体的混合溶液进行原位聚合反应，得到包含聚合物与氢氧化锌的复合物，其中，所述无机锌盐的浓度为0.045mol/L～0.400mol/L。
在步骤S10中，无机锌盐的浓度具体可以是0.045mol/L、0.048mol/L、0.05mol/L、0.10mol/L、0.20mol/L、0.24mol/L、0.30mol/L、0.35mol/L或0.40mol/L等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他数值同样适用。当混合溶液中无机锌盐浓度过高时，棒状结构的氧化锌纵向生长开始受到搅拌产生的剪切力抑制，氧化锌的横向生长占优势，长径比降低，颗粒开始团聚，导致棒状结构消失，从而无法形成棒状结构的碳材料。将混合溶液中无机锌盐的浓度控制在上述范围内，有利于控制碳材料的长径比，有利于碳材料棒状结构的形成。
在一些实施方式中，所述无机锌盐包括氯化锌、硝酸锌、醋酸锌、硫酸锌、氟硅酸锌、氟硼酸锌和葡萄糖酸锌中的至少一种。可以理解地，在碳材料的形成过程中，无机锌盐可以形成棒状结构的氧化锌，通过氧化锌的棒状结构有利于碳材料棒状结构的形成。
在一些实施方式中，所述聚合物单体包括第一单体和第二单体。
在一些实施方式中，所述聚合物单体包括第一单体，所述第一单体包括苯酚及其衍生物、三聚氰胺及其衍生物或苯甲酸及其衍生物。
在一些实施方式中，所述聚合物单体包括第一单体，所述第一单体包括苯酚、间苯二酚、邻苯二酚、邻苯二酚、对苯二酚、间苯三酚、对氨基苯酚和多巴胺中的至少一种。
在一些实施方式中，所述聚合物单体包括第一单体，所述第一单体包括三聚氰胺、苯代三聚氰胺、三氯三聚氰胺和六甲醇基三聚氰胺中的至少一种。
在一些实施方式中，所述聚合物单体包括第一单体，所述第一单体包括苯甲酸、对甲基苯甲酸、对氟苯甲酸和3-氯苯甲酸中的至少一种。
在一些实施方式中，所述聚合物单体包括第二单体，所述第二单体包括甲醛、糠醛、乙醛、丙醛和丁醛中的至少一种。
在一些实施方式中，所述混合溶液中还包括表面活性剂，所述表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、羧甲基纤维素钠和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种。
可以理解地，在混合溶液中加入表面活性剂能够增强氢氧化锌对聚合物颗粒的吸附作用，提升聚合物与氢氧化锌的共沉淀效率。
在一些实施方式中，所述混合溶液中还包括表面活性剂，所述表面活性剂的浓度为0.10mol/L～0.15mol/L，具体可以是0.1mol/L、0.11mol/L、0.12mol/L、0.13mol/L、0.14mol/L或0.15mol/L等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，所述混合溶液中还包括pH调节剂，所述pH调节剂包括氨水、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种。
在一些实施方式中，所述混合溶液的pH值为10～14，具体可以是10、10.5、11、11.5、12、12.5、13、13.5或14等，在此不做限定。
在一些实施方式中，所述原位聚合反应的反应温度为28℃～50℃，具体可以是28℃、30℃、35℃、40℃、43℃、45℃、46℃、48℃或50℃等，在此不做限定。
在一些实施方式中，所述原位聚合的反应时间为4h～12h，具体可以是4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h或12h等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，所述原位聚合反应在搅拌状态下进行，控制搅拌速率为100r/min～1500r/min，具体可以是100r/min、200r/min、300r/min、400r/min、500r/min、800r/min、1000r/min、1200r/min、1300r/min或1500r/min等，但并不仅限于列举的数值，该数值范围内其他数值同样适用。
在一些实施方式中，所述将含无机锌盐与聚合物单体的混合溶液进行原位聚合反应，得到包含聚合物与氢氧化锌的复合物的具体步骤为：
将聚合物单体、无机锌盐、表面活性剂和氨水加入溶剂中进行混合，得到含无机锌盐与聚合物单体的混合溶液；
将所述混合溶液进行原位聚合反应及共沉淀反应，固液分离，得到包含聚合物与氢氧化锌的复合物。
在一些实施方式中，所述溶剂包括水、乙醇、甲醇和丙醇中的至少一种。
在一些实施方式中，所述固液分离包括过滤分离或离心分离中的至少一种。
步骤S20，将所述复合物进行干燥处理，形成包含聚合物与氧化锌的前驱体。
在一些实施方式中，所述干燥处理的温度为60℃～90℃，具体可以是60℃、65℃、70℃、75、80℃、85℃或90℃等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。
在一些实施方式中，所述干燥处理的时间为6h～24h，具体可以是6h、8h、10h、12h、15h、18h、20h或24h等，当然也还可以是上述范围内其他值，在此不做限定。
步骤S30在惰性气体氛围下将所述前驱体进行阶梯升温热处理，得到呈棒状结构的碳材料，所述碳材料的长径比为3～15。
在一些实施方式中，所述阶梯式升温热处理包括：将所述前驱体置于300℃～400℃热处理1h～3h，再升温至600℃～900℃热处理1h～6h，最后升温至950℃～1100℃热处理3h～6h。
具体地，通过将前驱体置于300℃～400℃热处理，可以将棒状前驱体的结构进行初步固化，减少升温过快导致棒状结构破坏的情况发生，在600℃～900℃热处理，前驱体中的聚合物进行碳化裂解形成含有氧化锌的棒状碳材料，然后在升温到950℃～1100℃之前，氧化锌被碳材料内的部分碳还原成锌单质，最后在950℃～1100℃热处理阶段进行气化脱锌，锌单质从碳材料内部脱出，在碳材料中形成从内部延伸至表面的孔，从而形成具有大量微孔的呈棒状结构的碳材料。
在一些实施方式中，所述阶梯式升温热处理的升温速率为1℃/min～5℃/min，具体可以是1℃/min、1.5℃/min、2℃/min、2.5℃/min、3℃/min、3.5℃/min、4℃/min、4.5℃/min或5℃/min等，在此不做限定。
在一些实施方式中，所述惰性气体氛围包括氦气、氮气、氩气中的至少一种。
在一些实施方式中，所述方法还包括对阶梯式升温热处理后的产物进行冷却、整形和过筛，所述整形包括机械粉碎、研磨、球磨或气流粉碎中的至少一种。
第四方面，本申请提供一种电池，所述电池包括第一方面所述的碳材料或第三方面所述的碳材料的制备方法制备得到的碳材料。
实施例
实施例1
(1)将950ml乙醇与400mL水混合均匀形成混合溶剂，在混合溶剂中依次加入10g间苯二酚、60g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和5mL氨水，在30℃条件下搅拌0.5h使其混合均匀；然后，向其中加入15mL甲醛和40mL 25℃的饱和醋酸锌溶液(反应体系浓度为0.0484mol/L)，得到包含间苯二酚、甲醛和饱和醋酸锌的混合溶液(pH为12.4)。
(2)将混合溶液(pH为12.4)在30℃条件下搅拌反应24h，控制搅拌速率为1000r/min，抽滤分离，得到含间苯二酚甲醛树脂与氢氧化锌的复合物。
(3)将含间苯二酚甲醛树脂和氢氧化锌的复合物在60℃下真空干燥12h形成包含间苯二酚甲醛树脂与氧化锌的前驱体。
(4)包含间苯二酚甲醛树脂与氧化锌的前驱体置于碳化炉中，通入氮气，以1.5℃/min升温至350℃热处理2h，再以1.5℃/min升温至600℃继续热处理2h，最后以1.5℃/min升温至950℃继续热处理4h，冷却、研磨和过筛，得到呈棒状结构的碳材料。
本实施例制得的碳材料，碳材料呈棒状结构，碳材料具有孔。碳材料的长度、直径、总孔体积、比表面积、孔的平均直径、中值粒径，以及微孔、介孔和大孔的孔体积在总孔体积中的体积占比详见表1。
图3为本实施例制得的碳材料的扫描电镜图，如图3所示，碳材料呈棒状结构。
使用理化联科iPore620孔径测试仪和BET孔径分布测试法对碳材料进行测试，利用氮气的等温吸附特性曲线，通过DFT模拟分析得到碳材料的孔径分布数据，图7为本实施例制得的碳材料的孔径分布测试图，如图7所示，碳材料中孔的孔结构包括小于2nm的微孔。
实施例2
与实施例1不同的是，步骤(1)中加入80mL 25℃的饱和醋酸锌溶液(反应体系浓度为0.0969mol/L)，其余操作同实施例1。
本实施例制得的碳材料，碳材料呈棒状结构，碳材料具有孔。碳材料的长度、直径、总孔体积、比表面积、孔的平均直径、中值粒径，以及微孔、介孔和大孔的孔体积在总孔体积中的体积占比详见表1。
图4为本实施例制得的碳材料的扫描电镜图，如图4所示，碳材料呈棒状结构，由于微孔结构超出扫描电镜分辨率，碳材料上的微孔结构难以观测。
使用理化联科iPore620孔径测试仪和BET孔径分布测试法对碳材料进行测试，利用氮气的等温吸附特性曲线，通过DFT模拟分析得到碳材料的孔径分布数据，图8为本实施例制得的碳材料的孔径分布图，如图8所示，碳材料中孔的孔结构以小于2nm的微孔为主。
实施例3
与实施例1不同的是，步骤(1)中加入120mL 25℃的饱和醋酸锌溶液(反应体系浓度为0.1452mol/L)，其余操作同实施例1。
本实施例制得的碳材料，碳材料呈棒状结构，碳材料具有孔。碳材料的长度、直径、总孔体积、比表面积、孔的平均直径、中值粒径，以及微孔、介孔和大孔的孔体积在总孔体积中的体积占比详见表1。
实施例4
与实施例1不同的是，步骤(1)中加入160mL 25℃的饱和醋酸锌溶液(反应体系浓度为0.1936mol/L)，其余操作同实施例1。
本实施例制得的碳材料，碳材料呈棒状结构，碳材料具有孔。碳材料的长度、直径、总孔体积、比表面积、孔的平均直径、中值粒径，以及微孔、介孔和大孔的孔体积在总孔体积中的体积占比详见表1。
实施例5
与实施例1不同的是，步骤(1)中加入200mL 25℃的饱和醋酸锌溶液(反应体系浓度为0.2420mol/L)，其余操作同实施例1。
本实施例制得的碳材料，碳材料呈棒状结构，碳材料具有孔。碳材料的长度、直径、总孔体积、比表面积、孔的平均直径、中值粒径，以及微孔、介孔和大孔的孔体积在总孔体积中的体积占比详见表1。
实施例6
与实施例1不同的是，步骤(1)中加入240mL 25℃的饱和醋酸锌溶液(反应体系浓度为0.2904mol/L)，其余操作同实施例1。
本实施例制得的碳材料，碳材料呈棒状结构，碳材料具有孔。碳材料的长度、直径、总孔体积、比表面积、孔的平均直径、中值粒径，以及微孔、介孔和大孔的孔体积在总孔体积中的体积占比详见表1。
实施例7
与实施例1不同的是，步骤(1)中加入280mL 25℃的饱和醋酸锌溶液(反应体系浓度为0.3388mol/L)，其余操作同实施例1。
本实施例制得的碳材料，碳材料呈棒状结构，碳材料具有孔。碳材料的长度、直径、总孔体积、比表面积、孔的平均直径、中值粒径，以及微孔、介孔和大孔的孔体积在总孔体积中的体积占比详见表1。
实施例8
与实施例1不同的是，步骤(1)中加入320mL 25℃的饱和醋酸锌溶液(反应体系浓度为0.3872mol/L)，其余操作同实施例1。
本实施例制得的碳材料，碳材料呈棒状结构，碳材料具有孔。碳材料的长度、直径、总孔体积、比表面积、孔的平均直径、中值粒径，以及微孔、介孔和大孔的孔体积在总孔体积中的体积占比详见表1。
对比例1
与实施例1不同的是，步骤(1)中加入360mL 25℃的饱和醋酸锌溶液(反应体系浓度为0.4425mol/L)，其余操作同实施例1。
对比例2
(1)将950ml乙醇与400mL水混合均匀形成混合溶剂，在混合溶剂中依次加入10g间苯二酚、60g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和5mL氨水，在30℃条件下搅拌0.5h使其混合均匀；然后，向其中加入15mL甲醛和40mL硅酸四乙酯，得到包含间苯二酚、甲醛和硅酸四乙酯的混合溶液(pH为12.6)。
(2)将混合溶液(pH为12.6)在30℃条件下搅拌反应24h，抽滤分离，得到含间苯二酚甲醛树脂与二氧化硅复合物。
(3)将复合物在60℃下真空干燥12h形成包含间苯二酚甲醛树脂与二氧化硅的前驱体。
(4)包前驱体置于碳化炉中，通入氮气，以1.5℃/min升温至350℃热处理2h，再以1.5℃/min升温至600℃继续热处理2h，最后以1.5℃/min升温至950℃继续热处理4h，冷却、研磨和过筛，得到球状结构的碳化产物粉末。
(5)将球状结构的碳化产物粉末置于氢氟酸中进行刻蚀处理，经抽滤、洗涤和干燥处理，得到呈球状结构的碳材料。
测试方法
(1)碳材料的长径比的测试方法：
通过日本日立扫描电镜S-4800对碳材料进行拍摄，并在拍摄图片上随机选取200个碳材料颗粒进行测量，得到每个颗粒的长度和直径，通过长度和直径计算每个颗粒的长径比，然后计算得到200个颗粒的平均长径比。
(2)碳材料的孔的孔径分布测试方法：
使用理化联科iPore620孔径测试仪和BET孔径分布测试法对碳材料进行测试，利用氮气的等温吸附特性曲线，通过DFT模拟分析得到碳材料的孔径分布数据，进而得到碳材料的平均孔径、总孔体积、BET比表面积，以及微孔、介孔和大孔的孔体积在总孔体积中的体积占比。
(3)碳材料中氧元素的质量含量的测试方法：
使用德国弗尔德氧氮氢元素分析仪ONH 2000，利用助熔剂将碳材料包裹后，将其置于石墨坩埚在惰性气氛中进行熔融，碳材料中的含氧元素被石墨坩埚中的碳还原为二氧化碳，将生成的二氧化碳随载气进入红外检测器，对二氧化碳红外信号的变化进行定量统计计算出氧元素的含量。
(4)电化学性能测试：
将实施例1～8及对比例1～2制得的碳材料、导电炭黑(super P)和粘结剂(LA133)以91：3：6的比例混制成浆料并均匀涂敷到铜箔上，烘干后制备成电极极片，组装成扣式电池并在蓝电电池测试柜M340A上测试其充电容量和库伦效率。
以上测试结果详见表1和表2。
表1各实施例及对比例中碳材料的性能参数
表2各实施例及对比例制得的碳材料的电化学性能测试结果
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如表1所示，实施例1～8和对比例1的碳材料在制备过程中，随着反应体系醋酸锌浓度的不断增加，生成的棒状氧化锌模板的纵向生长占据优势，合成的棒状碳材料的长径比不断增加，而在实施例7、实施例8和对比例1中，随着反应体系醋酸锌浓度的过度增加，棒状氧化锌纵向生长开始受到搅拌产生的剪切力抑制，其横向生长占据优势，长径比开始不断减少，并在饱和醋酸锌使用量达到对比例1的360mL时，颗粒形成团聚，棒状结构消失。在这个过程中，随着反应体系醋酸锌浓度的不断增加，碳材料中形成更多的孔，其总孔体积增大，但反应体系醋酸锌浓度的增加也造成造孔作用加剧，导致碳材料中的部分微孔坍塌合并，微孔占比减少，碳材料的平均孔径增大；随着反应体系醋酸锌浓度的过度增加，导致碳材料中的锌分布不均匀，部分锌团聚，造孔能力减弱，导致碳材料的总孔体积开始下降，微孔占比有所增加，碳材料的平均孔径也开始下降。因此实施例1～8和对比例1形成的棒状碳材料，其平均孔径、比表面积、总孔体积、大孔体积占比呈现出先逐渐增大再逐渐减小的趋势，而微孔占比则呈现出相反的先逐渐减少再逐渐增大的趋势。
从表1和表2可以看出，实施例1～8的碳材料在制备过程中，随着反应体系醋酸锌浓度的增加，醋酸锌受热分解产生氧化锌，氧化锌被碳材料还原，氧元素转移到碳材料上，使得碳材料中氧元素的质量含量、锌含量均增加，锌的造孔作用增加，碳材料中形成更多的孔，其总孔体积增大，碳材料嵌入锂的能力增加，其充电容量也随之提升；少量氧元素掺杂在碳材料中还可以提供孤对电子，与碳材料中的π电子作用形成共轭体系，进而提高碳材料的导电性。
根据实施例7与实施例1的测试数据可知，反应体系醋酸锌浓度偏大，碳材料中氧元素的质量含量也随之增大，其充电容量也随之提升；但是偏高的氧含量可能会导致碳材料中C＝C的连续性下降，造成共轭体系的断裂，导电性下降，在碳材料应用于负极材料中后，负极材料循环过程中消耗的活性锂离子的量增加，导致了碳材料的首次库伦效率相比于实施例1有所下降。因此，综合考虑碳材料的首效库伦效率以及充电容量，碳材料中氧元素的质量含量优选为1％～4.2％。
图5为本申请对比例1提供的碳材料的扫描电镜图，如图5所示，碳材料中的颗粒形成团聚，棒状结构消失；图9为本申请对比例1提供的碳材料的孔径分布图，如图9所示，碳材料中的孔只有微孔和介孔，不存在大孔。
对比例1的碳材料在制备过程中由于反应体系醋酸锌浓度过高，棒状氧化锌纵向生长开始受到搅拌产生的剪切力抑制，氧化锌的横向生长占优势，长径比降低，颗粒开始团聚，导致棒状结构消失，从而无法形成棒状结构的碳材料。
根据实施例1和对比例1的测试数据可知，对比例1由于反应体系醋酸锌浓度过高，并且在阶梯升温热处理过程中，碳材料被氧化锌氧化、刻蚀，氧化锌被碳材料还原，氧元素转移到碳材料上，使得碳材料中的氧元素的质量含量、锌含量过高，碳材料中氧元素的质量含量的增加会破坏材料中C＝C的连续性，造成共轭体系的断裂，导致了碳材料的导电性大幅下降，碳材料中形成更多的孔，在碳材料应用于负极材料中后，负极材料循环过程中消耗的活性锂离子的量增加，碳材料的库伦效率下降；同时碳材料中的介孔和大孔的占比也大幅增加，导致碳材料的结构稳定性下降，在受辊压制极片时颗粒容易破碎，碳材料与电解液之间的副反应加剧，引起SEI界面膜不断生成，进一步降低了碳材料的库伦效率。
图6为本申请对比例2提供的碳材料的扫描电镜图，如图6所示，碳材料中的颗粒团聚形成球形碳材料；图10为本申请对比例2提供的碳材料的孔径分布图，如图10所示，碳材料中的介孔和大孔的占比大幅增加，碳材料中的孔主要为介孔和大孔。
根据实施例3、实施例4和对比例2的测试数据可知，对比例2制得的碳材料与实施例3、实施例4制得的碳材料具有相近的平均孔径、比表面积和总孔体积，但由于对比例2的碳材料在制备过程中将无机锌盐替换为硅酸四乙酯，因此生成的碳材料为球形多孔碳，且碳材料中介孔和大孔的占比较高，微孔较少，碳材料颗粒间隙大，力学性能减弱，导致了球形多孔碳在受辊压制极片时部分颗粒破碎，使得碳材料的比表面积增大，与电解液之间的副反应加剧，引起SEI膜厚度进一步增加，从而导致碳材料充电容量衰减，其库伦效率也大幅降低。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种碳材料，其特征在于，所述碳材料呈棒状结构，所述碳材料具有孔，且所述碳材料的长径比为3～15。
2.根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于，其满足以下技术特征中的至少一种：
(1)所述碳材料的长度为0.3μm～5μm；
(2)所述碳材料的直径为0.1μm～3μm；
(3)所述碳材料的总孔体积为0.2cm3/g～0.8cm3/g；
(4)所述碳材料的比表面积为500m2/g～1600m2/g；
(5)所述碳材料中的孔的平均孔径为0.8nm～2.5nm；
(6)所述碳材料中的孔包括微孔、介孔及大孔；
(7)所述碳材料中的孔包括微孔，所述微孔的孔体积在所述总孔体积中的体积占比为80％～95％；
(8)所述碳材料中的孔包括介孔，所述介孔的孔体积在所述总孔体积中的体积占比为5％～15％；
(9)所述碳材料中的孔包括大孔，所述大孔的孔体积在所述总孔体积中的体积占比为0％～5％；
(10)所述碳材料含有氧元素，所述碳材料中氧元素的质量含量为1％～5.5％；
(11)所述碳材料组装成的电池的充电容量为250mAh/g～400mAh/g；
(12)所述碳材料组装成的电池的库伦效率为40％～55％。
3.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括权利要求1或2所述的碳材料及活性物质，所述碳材料具有孔，至少部分的所述活性物质填充在所述碳材料的孔内。
4.根据权利要求3所述的负极材料，其特征在于，其满足以下技术特征中的至少一种：
(1)所述负极材料中的碳元素的质量含量为70％～98％；
(2)所述活性物质包括硅基活性粒子；
(3)所述活性物质包括硅基活性粒子，所述硅基活性粒子包括非晶硅、晶体硅、硅氧化物、硅合金、晶体硅与非晶硅的复合物中的至少一种；
(4)所述活性物质包括硅基活性粒子，所述硅基活性粒子的中值粒径为0.85nm～2.45nm；
(5)所述负极材料的比表面积为0.5m2/g～5m2/g；
(6)所述负极材料的孔体积为0.001cm3/g～0.020cm3/g；
(7)所述负极材料的压实密度为0.90g/cm3～1.1g/cm3。
5.一种碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将含无机锌盐与聚合物单体的混合溶液进行原位聚合反应及共沉淀反应，得到包含聚合物与氢氧化锌的复合物，其中，所述无机锌盐的浓度为0.045mol/L～0.400mol/L；
将所述复合物进行干燥处理，形成包含聚合物与氧化锌的前驱体；
在惰性气体氛围下将所述前驱体进行阶梯升温热处理，得到呈棒状结构的碳材料，所述碳材料的长径比为3～15。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，其满足以下技术特征中的至少一种：
(1)所述无机锌盐包括氯化锌、硝酸锌、醋酸锌、硫酸锌、氟硅酸锌、氟硼酸锌和葡萄糖酸锌中的至少一种；
(2)所述聚合物单体包括第一单体和第二单体；
(3)所述聚合物单体包括第一单体，所述第一单体包括苯酚及其衍生物、三聚氰胺及其衍生物或苯甲酸及其衍生物；
(4)所述聚合物单体包括第一单体，所述第一单体包括苯酚、间苯二酚、邻苯二酚、对苯二酚、间苯三酚、对氨基苯酚和多巴胺中的至少一种；
(5)所述聚合物单体包括第一单体，所述第一单体包括三聚氰胺、苯代三聚氰胺、三氯三聚氰胺和六甲醇基三聚氰胺中的至少一种；
(6)所述聚合物单体包括第一单体，所述第一单体包括苯甲酸、对甲基苯甲酸、对氟苯甲酸和3-氯苯甲酸中的至少一种；
(7)所述聚合物单体包括第二单体，所述第二单体包括甲醛、糠醛、乙醛、丙醛和丁醛中的至少一种；
(8)所述混合溶液中还包括表面活性剂，所述表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、羧甲基纤维素钠和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；
(9)所述混合溶液中还包括表面活性剂，所述表面活性剂的浓度为0.10mol/L～0.15mol/L；
(10)所述混合溶液中还包括pH调节剂，所述pH调节剂包括氨水、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种；
(11)所述混合溶液的pH值为10～14；
(12)所述原位聚合反应的反应温度为28℃～50℃；
(13)所述原位聚合的反应时间为4h～12h；
(14)所述原位聚合反应在搅拌状态下进行，控制搅拌速率为100r/min～1500r/min。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述将含无机锌盐与聚合物单体的混合溶液进行原位聚合反应及共沉淀反应，得到包含聚合物与氢氧化锌的复合物的具体步骤为：
将聚合物单体、无机锌盐、表面活性剂和氨水加入溶剂中进行混合，得到含无机锌盐与聚合物单体的混合溶液；
将所述混合溶液进行原位聚合反应及共沉淀反应，固液分离，得到包含聚合物与氢氧化锌的复合物。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，其满足以下技术特征中的至少一种：
(1)所述溶剂包括水、乙醇、甲醇和丙醇中的至少一种；
(2)所述固液分离包括过滤分离或离心分离中的至少一种。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，其满足以下技术特征中的至少一种：
(1)所述干燥处理的温度为60℃～90℃；
(2)所述干燥处理的时间为6h～24h；
(3)所述阶梯式升温热处理包括：将所述前驱体置于300℃～400℃热处理1h～3h，再升温至600℃～900℃热处理1h～6h，最后升温至950℃～1100℃热处理3h～6h；
(4)所述阶梯式升温热处理的升温速率为1℃/min～5℃/min；
(5)所述惰性气体氛围包括氦气、氮气、氩气中的至少一种；
(6)所述方法还包括对阶梯式升温热处理后的产物进行冷却、整形和过筛，所述整形包括机械粉碎、研磨、球磨或气流粉碎中的至少一种。
10.一种电池，其特征在于，所述电池包括权利要求1～2任一项所述的碳材料或根据权利要求5～9任一项所述的碳材料的制备方法制备得到的碳材料。
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