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本发明涉及一种复合硬碳材料及其制备方法和应用。根据本发明的复合硬碳材料，包括硬碳颗粒基体和软碳层。其中，所述硬碳颗粒基体中分散有掺杂活性位点和孔洞，所述孔洞的一端延伸至所述硬碳颗粒基体内部，另一端分布在所述硬碳颗粒基体表面形成开口；所述软碳层包覆在所述硬碳颗粒基体表面，覆盖所述开口。该复合硬碳材料用于钠离子电池负极时，具有固定的化学成分，并且可以提高电池中钠离子在硬碳中的扩散动力学和存储容量，改善了钠离子电池的倍率性能和功率密度。本发明还提供了复合硬碳材料的制备方法和应用。

1.一种复合硬碳材料，其特征在于，所述复合硬碳材料包括： 硬碳颗粒基体，所述硬碳颗粒基体中分散有掺杂活性位点和孔洞，所述孔洞的一端延伸至所述硬碳颗粒基体内部，另一端分布在所述硬碳颗粒基体表面形成开口； 软碳层，包覆在所述硬碳颗粒基体表面，覆盖所述开口。 2.根据权利要求1所述的复合硬碳材料，其特征在于，所述掺杂活性位点包括氮掺杂活性位点、磷掺杂活性位点、硫掺杂活性位点、氧掺杂活性位点和硼掺杂活性位点中的至少一种。 3.根据权利要求1所述的复合硬碳材料，其特征在于，所述孔洞的孔径范围是0.6nm～5μm。 4.根据权利要求1所述的复合硬碳材料，其特征在于，所述复合硬碳材料的制备原料包括硬碳前驱体、分散剂、掺杂前驱体、造孔剂和软碳前驱体。 5.根据权利要求4所述的复合硬碳材料，其特征在于，所述制备原料中，以质量百分比计，所述软碳前驱体的添加量为所述硬碳前驱体的20％～400％。 6.根据权利要求4所述的复合硬碳材料，所述硬碳前驱体包括三唑类前驱体、树脂前驱体、糖、淀粉、明胶、间苯三酚和苯胺类前驱体中的至少一种。

随着锂离子电池广泛应用于电动汽车、手机、电脑等各类电子产品，锂的需求逐年增加，然而全球的锂存储量极为有限，且分布不均匀、成本高，严重限制了低成本、高性能储能器件的发展。钠和锂为同族元素，其拥有与锂相似的电化学性能，且储量丰富、成本低廉，由此，钠离子电池是继锂离子电池后的下一代市场化应用二次电池。

常见的钠离子电池以硬碳材料、过渡金属及其合金类化合物等材料作为负极，以聚阴离子类、普鲁士蓝类、氧化物类等材料作为正极。

中国科学院深圳先进技术研究院提升了粤港地区及我国先进制造业和现代服务业的自主创新能力，推动我国自主知识产权新工业的建立，成为国际一流的工业研究院。 深圳先进院目前已初步构建了以科研为主的集科研、教育、产业、资本为一体的微型协同创新生态系统，由九个研究平台，国科大深圳先进技术学院，多个特色产业育成基地、多支产业发展基金、多个具有独立法人资质的新型专业科研机构等组成。开展先进技术研究，促进科技发展。信息、电子、通讯技术研究新材料、新能源技术研究高性能计算、自动化、精密机械研究生物医学与医疗仪器研究相关学历教育、博士后培养与学术交流。

本发明关于制备所述的复合硬碳材料的方法中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：

本发明制备复合硬碳材料的方法，先将硬碳前驱体分散在分散剂中，加入掺杂前驱体混合，蒸干后，得到掺杂前驱体和硬碳前驱体的混合体系，然后将前步骤的产物在保护气氛中进行第一次烧结，得到预碳化碳，之后将预碳化碳与造孔剂混合后，进行第二次烧结，得到多孔碳，最后向所述多孔碳中加入软碳前驱体，进行第三次烧结，得到所述的复合硬碳材料。也即，本发明制备复合硬碳材料的方法包括四个步骤：即原材料混合、掺杂预碳化、煅烧造孔和软碳包覆。由此，通过分段式煅烧掺杂碳化，实现了对硬碳的多级次孔结构设计和掺杂设计，克服了钠离子电池硬碳负极技术的不足，解决了目前钠离子电池容量低，首次库伦效率低，循环寿命短，以及因钠离子动力学缓慢而导致的电池倍率性能差等问题。

本发明制备复合硬碳材料的方法，其中涉及的掺杂过程为原位掺杂，可以提升硬碳的储钠活性位点数量，同时掺杂位点还可以加速钠离子的扩散动力学。

技术合作

上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。