本发明属于钠离子电池负极材料领域，具体涉及一种硬碳负极材料及其制备方法和应用。
背景技术：
1、目前，由于锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命和无污染等优点，已广泛应用于手机、笔记本电脑、数码相机等便携式电子设备以及电动汽车、航天器等工业领域。此外，锂离子电池还具有可反复充放电的特性，提高了电池的使用寿命，减少了废旧电池对环境的污染。然而，由于地壳中锂元素的有限含量，随着社会发展，锂离子电池的需求不断增加，导致锂资源日益紧缺，未来可能面临资源短缺的问题。在电动汽车和大型储能设备对电池要求越来越高的背景下，探索新的替代储能电池变得更加重要。
2、钠离子电池凭借丰富的钠储量、钠元素的均匀分布以及低廉的成本等优势，被视为后锂离子电池时代最具商业化前景的电化学储能技术。它在大规模电网储能、日常3c电子产品、电动汽车等领域具有广泛的应用前景。但是，目前商业化的石墨负极材料由于热力学原因，钠离子难以嵌入石墨层间，不容易与碳形成稳定的插层化合物，钠离子电池难以将石墨作为负极材料，因此需要开发碳负极材料。当前，钠离子电池的负极材料主要选用氧化物、合金、硫化物或有机材料等。然而，这些负极材料在电化学性能、电池循环效率方面表现不佳，且存在严重环境污染和高成本的问题，这与绿色可持续发展的理念不符。因此，有必要研究新型负极材料以解决这些问题。
3、“基于天然橡胶高温热解制备钠离子电池硬碳负极材料”文章中公开了以天然橡胶作为原材料，通过高温煅烧制备硫掺杂的硬碳材料，将该硬碳材料应用于钠离子电池负极材料，初始库伦效率只能达到50.6%，成碳率仅为30%。且在该方法中，天然橡胶中的硫源仅仅是作为一种硫化剂，已经结合到聚异戊二烯分子内，在热解过程中无法进行回收。
4、因此，亟待解决的重要问题是如何采用更绿色环保且价格低廉的材料，制备具有高性能的钠离子电池用硬碳负极材料。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种硬碳负极材料的制备方法，将高分子废弃物和硫磺混合一起焙烧，过程中硫元素与聚合物链共价结合，随后经过脱氢和交联反应形成热稳定的中间体，从而阻止高分子分解为挥发性小的碳氢化合物，同时经碳化获得高掺杂、高残碳率的硬碳负极材料。
2、本发明的主要技术方案如下：
3、本发明提供了一种硬碳负极材料的制备方法，所述方法包括：
4、（1）对高分子材料进行预处理；
5、（2）将步骤（1）预处理后的高分子材料与硫源混合后，800-1200℃焙烧1-5h，得到硬碳负极材料。
6、在本发明中，步骤（2）中，混合包括液液混合、固固混合、固液混合、气液混合等，焙烧过程中硫源分解后可以回收再利用。所述焙烧优选在惰性气氛下进行。惰性气氛主要为不参与反应的气氛，例如氮气气氛、氩气气氛、氦气气氛等等。
7、在一个具体实施方式中，步骤（1）中的预处理包括：将高分子材料依次清洗、烘干、粉碎。
8、在一个具体实施方式中，粉碎后的颗粒直径为0.5cm~2cm。
9、在一个具体实施方式中，步骤（2）中，高分子材料与硫源的质量比为1:1-9；优选的，高分子材料与硫源的质量比为1:6-9。
10、在一个具体实施方式中，步骤（2）中，焙烧的温度为900-1100℃，时间为2-3h。
11、在一个具体实施方式中，所述高分子材料为高分子废弃物；所述高分子废弃物为废弃高分子瓶、废弃泡沫、废弃水管中的至少一种。
12、在一个具体实施方式中，所述硫源为工业硫磺。
13、本发明提供了一种硬碳负极材料，由上述的制备方法制备得到。
14、在一个具体实施方式中，所述硬碳负极材料的成碳率为42.58%-79.31%。
15、本发明提供了一种硬碳负极材料在在电池中的应用，所述电池包括钠离子电池或锂离子电池。
16、本发明提供的硬碳负极材料，其具体的应用不仅仅限于钠离子电池中，同样适用于其他的电池结构中，且不仅仅适用于一次电池，也适用于二次电池结构中；进一步地，也不对电池的具体形态做特殊限定，液态电池或固态电池，均依据实际需求进行选择即可。
17、无论用于何种类型的电池结构中，电池的具体制备过程，以及相应的原料选择、制备均为常规手段，可制备得到所需的电池结构的技术方案，本发明均适用。
18、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
19、1.本发明将高分子废弃物和硫磺混合，一起焙烧过程中，硫元素与聚合物链共价结合，随后经过脱氢和交联反应形成热稳定的中间体，从而阻止高分子分解为挥发性小的碳氢化合物，同时经碳化获得高掺杂（以c-s化学键的形式存在）、高残碳率的硬碳负极材料。在本发明中，硫磺，一方面作为交联剂，形成热稳定的中间体，阻止了高分子分解为挥发性小的碳氢化合物，另一方面，作为硬碳的掺杂剂，提高硬碳负极材料的电化学性能，且交联和碳化是同时进行。
20、2.在本发明中，硫磺在低温下会发生断键，并与高分子废弃物材料接枝，增强其热稳定性，在高温下硫磺以气体分解，大部分硫磺可以进行回收，且高分子废弃物材料部分热解释放的小分子可以通过回收为热解油等产品，从而实现废弃高分子材料的高效利用。
21、3.以高分子废弃物为原材料，能够有效的缓解环境压力，有效的解决了高分子废弃物污染环境的问题，实现了变废为宝。
1.一种硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中的预处理包括：将高分子材料依次清洗、烘干、粉碎。
3.根据权利要求2所述的一种硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，粉碎后的颗粒直径为0.5cm～2cm。
4.根据权利要求1所述的一种硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，高分子材料与硫源的质量比为1:1-9。
5.根据权利要求1所述的一种硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，焙烧的温度为900-1100℃，时间为2-3h。
6.根据权利要求1所述的一种硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述高分子材料为高分子废弃物；所述高分子废弃物为废弃高分子瓶、废弃泡沫、废弃水管中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述硫源为工业硫磺。
8.一种硬碳负极材料，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到。
9.根据权利要求8所述的一种硬碳负极材料，其特征在于，所述硬碳负极材料的成碳率为42.58%-79.31%。
10.权利要求8或9任一项所述的一种硬碳负极材料在电池中的应用，所述电池包括钠离子电池或锂离子电池。
