本發(fā)明屬于復(fù)合材料，涉及一種碳/碳復(fù)合材料及其制備方法、實(shí)現(xiàn)裝置和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源技術(shù)的迅猛進(jìn)步，大交通行業(yè)正積極邁向低碳、電氣化的未來。在這一轉(zhuǎn)型過程中，新能源交通領(lǐng)域的高性能續(xù)航、寬敞舒適空間及經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行等核心要素，均受到儲(chǔ)能電池關(guān)鍵技術(shù)的深刻影響。傳統(tǒng)電池由于儲(chǔ)能機(jī)制與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的局限，面臨著能量密度低、體積龐大、對(duì)復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性差及潛在安全風(fēng)險(xiǎn)等問題，難以滿足新能源交通日益增長的多元化需求。新能源結(jié)構(gòu)電池作為儲(chǔ)能技術(shù)的新星，以其輕量化設(shè)計(jì)、卓越的能量密度、高承載穩(wěn)定性及長服役壽命等顯著優(yōu)勢(shì)脫穎而出。更為重要的是，它有望減少對(duì)傳統(tǒng)電極制造中大量導(dǎo)電劑、活化劑等材料的依賴，為新能源綠色儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展開辟了創(chuàng)新路徑。因此，新材料在結(jié)構(gòu)電池領(lǐng)域的應(yīng)用研究備受矚目，其中碳纖維及其復(fù)合材料因其獨(dú)特的性能特點(diǎn)而備受青睞。碳纖維及其復(fù)合材料在電極制備中的應(yīng)用，不僅拓寬了結(jié)構(gòu)電池材料的選擇范圍，還為實(shí)現(xiàn)更高性能、更低成本、更環(huán)保的儲(chǔ)能解決方案提供了可能。隨著技術(shù)的不斷突破，碳纖維復(fù)合材料在新能源交通領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。

2、在應(yīng)用碳纖維及其復(fù)合材料制備電極方面，按材料類別大致可分為以下幾類：

3、（1）直接使用碳纖維作電極，如cn104577052a、cn115863780a和cn116565329a公開內(nèi)容。

4、（2）在碳纖維前驅(qū)體有機(jī)液內(nèi)添加功能性物質(zhì)經(jīng)紡絲成纖維，將碳化后所得含功能物質(zhì)的碳基復(fù)合纖維作電極，如cn109273276b公開內(nèi)容。

5、（3）在碳纖維膜、碳纖維氈、碳纖維布等依舊保留原始碳纖維屬性和基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的物質(zhì)形態(tài)下，經(jīng)表面改性處理使附著其它功能性物質(zhì)后作電極，如cn115966652a、cn1107142098b和cn105513829a公開內(nèi)容。

6、（4）使用碳纖維復(fù)合材料作電極，如丁穎慧在《結(jié)構(gòu)儲(chǔ)電碳纖維復(fù)合材料研究進(jìn)展》中闡述了碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料作結(jié)構(gòu)電池電極，如cn115976434a公開了碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料作電極、cn1075031a公開了碳/碳復(fù)合材料作蓄電池電極等。

7、上述（1）-（3）類電極材料，本質(zhì)上均以原始碳纖維作骨架，經(jīng)表面改性處理或內(nèi)部組分改性后直接作電極使用。但物理和化學(xué)表面改性方法均會(huì)損傷碳纖維表層結(jié)構(gòu)，其力學(xué)性能將會(huì)大打折扣，此外表面功能物質(zhì)沉積均勻度和內(nèi)部功能物質(zhì)分散均勻性等指標(biāo)將直接影響電極性能發(fā)揮；其次在保留碳纖維形態(tài)下作正極時(shí)需要應(yīng)用大量導(dǎo)電劑、粘合劑、活化物質(zhì)乃至金屬集流器等輔助材料，易造成稀有資源浪費(fèi)和引發(fā)環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，電極成本變相增加；更重要的是碳纖維與鋰/鈉金屬離子結(jié)合后，充放電過程中鋰/鈉離子嵌入和脫出會(huì)使碳纖維發(fā)生膨脹收縮現(xiàn)象，這會(huì)促使碳纖維電極結(jié)構(gòu)分解，并進(jìn)一步影響結(jié)構(gòu)電池的循環(huán)穩(wěn)定性，最終表現(xiàn)為碳纖維電極鋰離子電池的能量密度、循環(huán)穩(wěn)定性和服役壽命等電化學(xué)性能遠(yuǎn)不及商用鋰離子電池，碳纖維電極結(jié)構(gòu)電池的商業(yè)化進(jìn)程嚴(yán)重受阻。

8、相對(duì)于上述（1）-（3）類電極材料，上述（4）類電極材料展現(xiàn)出更為顯著的優(yōu)勢(shì)，它不僅能夠有效避免物理和化學(xué)表面改性對(duì)碳纖維表層結(jié)構(gòu)的損傷，減少力學(xué)性能折損，還能通過復(fù)合材料的合理設(shè)計(jì)優(yōu)化電極的微觀結(jié)構(gòu)，提升能量密度、循環(huán)穩(wěn)定性和服役壽命。上述4類電極材料中，碳纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料雖能提升一定性能，但力學(xué)性能不均衡、抗裂紋擴(kuò)散能力有限，且聚合物基體不導(dǎo)電，限制了能量密度和比容量的提升。碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料則在輕量化和界面結(jié)合強(qiáng)度上遇到挑戰(zhàn)，碳纖維與金屬的直接接觸易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)脆化，影響整體性能。相比之下，碳/碳復(fù)合材料，憑借其均衡的力學(xué)性能、卓越的抗裂紋擴(kuò)散能力以及對(duì)導(dǎo)電性的增強(qiáng)，為新能源交通領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)電池電極提供了更為理想的解決方案，有望突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸，推動(dòng)碳纖維電極結(jié)構(gòu)電池的商業(yè)化進(jìn)程。

9、如文獻(xiàn)（highly?conductive?carbon/carbon?composites?as?advancedmultifunctional?anode?materials?for?structural?lithium-lon?batteries.advanced?functional?materials,?34(40),?2403729?(1-11).）公開了使用碳纖維氈作增強(qiáng)體，甲烷作基體碳源，采用icvi（恒溫化學(xué)氣相沉積）法制備碳/碳復(fù)合材料電極的信息，文獻(xiàn)表征了碳/碳復(fù)合材料電極的微觀形貌，研究了碳/碳復(fù)合材料電極的電化學(xué)和力學(xué)性能、組裝成電池包的電化學(xué)性能等，討論了碳/碳材料微觀結(jié)構(gòu)對(duì)離子/電子運(yùn)輸?shù)挠绊懸约捌洫?dú)特結(jié)構(gòu)對(duì)li+存儲(chǔ)的作用機(jī)制，然而其存在以下問題：

10、①孔隙大小和分布不理想：

11、孔隙來源于復(fù)合材料生產(chǎn)自成型和人為加工的內(nèi)部缺陷，尺寸跨越微米和納米尺度，孔隙分布隨機(jī)，雖然能在一定程度上提升碳/碳復(fù)合材料的離子存儲(chǔ)能力，但同時(shí)也無法避免地削弱了其綜合力學(xué)性能。

12、②力學(xué)性能不足：

13、碳/碳復(fù)合材料的增強(qiáng)體為短碎纖維氈，其內(nèi)部纖維僅通過搭接交錯(cuò)穿插連接，導(dǎo)致靜力學(xué)性能發(fā)揮不足，該結(jié)構(gòu)難以承受復(fù)雜的外部負(fù)載，動(dòng)力學(xué)性能賦能有限，容易快速失效，無法滿足結(jié)構(gòu)電池的應(yīng)用需求。

14、③生產(chǎn)工藝的局限性：

15、采用等溫化學(xué)氣相沉積工藝（icvi）沉積單質(zhì)碳基體，需要高溫（2400℃）長時(shí)間（2小時(shí)）處理，能耗高且效率低。

16、因此，有必要提出一種至少能夠解決一個(gè)上述問題的碳/碳復(fù)合材料及其制備方法、實(shí)現(xiàn)裝置和應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種碳/碳復(fù)合材料及其制備方法、實(shí)現(xiàn)裝置和應(yīng)用。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法（記為碳/碳復(fù)合材料的制備方法c），采用液態(tài)的高含碳物質(zhì)對(duì)三維編織碳纖維預(yù)制體進(jìn)行浸漬后固化，得到半成品，依次對(duì)半成品進(jìn)行第一階段碳處理、第二階段碳處理、等離子體處理、第三階段碳處理，即得碳/碳復(fù)合材料；

4、在碳處理的過程中，在三維編織碳纖維預(yù)制體的內(nèi)部空間中，填充的高含碳物質(zhì)在高溫條件下發(fā)生熱解反應(yīng)，導(dǎo)致除c元素以外的其它小分子完全或部分轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)，一部分氣態(tài)物質(zhì)會(huì)逸出，另一部分氣態(tài)物質(zhì)則在材料內(nèi)部留下了納米級(jí)孔隙，剩余的殘?zhí)冀?jīng)歷微縮聚過程，逐漸聚集成致密的碳基體結(jié)構(gòu)，過高的殘?zhí)柯蕰?huì)減少納米級(jí)孔隙的形成，降低材料的離子吸附能力，而過低的殘?zhí)柯蕜t會(huì)導(dǎo)致孔隙數(shù)量增加且尺寸擴(kuò)大，甚至引發(fā)孔隙過度聚集形成內(nèi)部缺陷，進(jìn)而顯著削弱材料的力學(xué)性能，因此本發(fā)明控制高含碳物質(zhì)的殘?zhí)悸蕿?5%-50%；

5、浸漬采用真空注射浸潤技術(shù)；

6、第一階段碳處理的溫度為900-1100℃，時(shí)間為5-10h；第二階段碳處理的溫度比第一階段碳處理的溫度高100-400℃，第二階段碳處理的時(shí)間比第一階段碳處理的時(shí)間短1-3h；第三階段碳處理的溫度比第二階段碳處理的溫度高200-500℃，第三階段碳處理的時(shí)間比第二階段碳處理的時(shí)間短2-7h。

7、第一階段碳處理的溫度剛剛達(dá)到高含碳物質(zhì)的碳化反應(yīng)發(fā)生的溫度（850-900℃）碳化溫度，令反應(yīng)能夠發(fā)生，但反應(yīng)效率不會(huì)太快，排氣過程相對(duì)較緩，半成品在長時(shí)間產(chǎn)生較小排氣量的條件下，完成全厚度尺寸的熱輻射滲透與碳化過程。此過程半成品內(nèi)層作為小分子氣泡產(chǎn)生源頭，可順利脫出大部分小分子氣泡，實(shí)現(xiàn)致密化。

8、第二階段碳處理在第一階段碳處理基礎(chǔ)上提高了溫度，縮短了時(shí)間，可加速熱輻射滲透內(nèi)部的速度，使得半成品中層可排出一部分小分子氣泡，同時(shí)保留一部分小分子氣泡在半成品中層形成納米級(jí)孔隙。

9、在第二階段碳處理結(jié)束后增加等離子體處理是輔助打通碳化過程中表面的一層致密膜，同時(shí)在等離子體不斷轟擊滲透過程中，將在半成品外層輔助產(chǎn)生納米級(jí)孔隙，這與第三階段碳處理相輔，在半成品外層形成比中層數(shù)量更多的納米級(jí)孔隙。

10、本發(fā)明通過控制各階段碳處理的條件最終可得到主要由碳基體以及位于其中的三維編織碳纖維預(yù)制體組成、整體具有多層一體結(jié)構(gòu)、內(nèi)層致密、中層和外層多孔且孔隙主要為納米級(jí)孔隙、外層的孔隙數(shù)量大于中層的碳/碳復(fù)合材料。

11、作為優(yōu)選的技術(shù)方案：

12、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，高含碳物質(zhì)為酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、瀝青等，高含碳物質(zhì)在25℃下的粘度為20-2000cps；浸漬時(shí)的注射壓力為0.1-1bar，高含碳物質(zhì)的粘度越大，對(duì)應(yīng)的注射壓力越大，高含碳物質(zhì)與三維編織碳纖維預(yù)制體的體積比為35-46:47-62.5；固化的溫度為80-190℃，壓力為0.1-2mpa，時(shí)間為0.2-3h。

13、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，等離子體處理采用等離子體發(fā)射器，等離子體發(fā)射器的功率為500-900w且距離半成品表面3-6cm，等離子體處理的時(shí)間為10-60min。

14、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，制備三維編織碳纖維預(yù)制體采用的裝置包括底盤、角輪、撥盤和編織紗攜紗器，編織紗攜紗器包括編織紗攜紗器底座和編織紗攜紗器直桿，角輪、撥盤、編織紗攜紗器底座的數(shù)量均為多個(gè)，角輪為6切口圓板，撥盤為2切口圓板；

15、6切口圓板的形成過程為：在圓板u上選擇6個(gè)形狀相同、尺寸相同、相互之間不重疊且環(huán)繞圓板u的中心圓周均布的區(qū)域a，區(qū)域a由2條弧線圍成且其中1條弧線與圓板u的邊緣重合，切除6個(gè)區(qū)域a形成6個(gè)切口后即得6切口圓板；

16、2切口圓板的形成過程為：在圓板v上選擇2個(gè)形狀相同、尺寸相同、相互之間不重疊且環(huán)繞圓板u的中心圓周均布的區(qū)域b，區(qū)域b由2條弧線圍成且其中1條弧線與圓板v的邊緣重合，切除2個(gè)區(qū)域b形成2個(gè)切口后即得6切口圓板；

17、區(qū)域a、區(qū)域b、編織紗攜紗器底座底面的形狀和尺寸相同；

18、所有的6切口圓板分布在n層中，n≥2，各層由內(nèi)至外從1開始編號(hào)，第1層的6切口圓板的數(shù)量為1，第i層的6切口圓板的數(shù)量為6×(i-1)，2≤i≤n，任意相鄰兩個(gè)6切口圓板間距排列；第i層的6切口圓板均勻分布且中心點(diǎn)連線呈正六邊形，第2~n層對(duì)應(yīng)的正六邊形的頂點(diǎn)分布在自第1層的6切口圓板的中心點(diǎn)向外輻射的6條線上；

19、6切口圓板的每個(gè)切口都填充1個(gè)編織紗攜紗器底座；任意相鄰兩個(gè)6切口圓板均有一個(gè)切口相對(duì)，兩個(gè)相對(duì)的切口內(nèi)的編織紗攜紗器底座同時(shí)填充1個(gè)2切口圓板的2個(gè)切口；

20、n>2；對(duì)于第n層的各個(gè)6切口圓板中未與其它切口相對(duì)的切口而言，各切口內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另1個(gè)編織紗攜紗器底座填充；

21、或者，n=2；第n層的各個(gè)6切口圓板中，未與其它切口相對(duì)的切口的數(shù)量為3，分別記為切口a、切口b和切口c，切口b位于切口a與切口c之間；切口a內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另1個(gè)編織紗攜紗器底座填充，該2切口圓板記為撥盤a；切口b內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另一個(gè)編織紗攜紗器底座填充，所述另一個(gè)編織紗攜紗器底座對(duì)應(yīng)的編織紗攜紗器記為編織紗攜紗器b，該2切口圓板記為撥盤b；切口c內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另1個(gè)編織紗攜紗器底座填充，該2切口圓板記為撥盤c；

22、制備三維編織碳纖維預(yù)制體的具體過程為：控制每個(gè)攜紗器都攜帶紗線后，將所有的紗線進(jìn)行集束后，再進(jìn)行收卷，在收卷過程中交替控制所有角輪同時(shí)同向旋轉(zhuǎn)60°、所有撥盤同時(shí)同向旋轉(zhuǎn)180°，控制角輪和撥盤的旋轉(zhuǎn)方向相反，循環(huán)多次后，即得三維編織碳纖維預(yù)制體。

23、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，制備三維編織碳纖維預(yù)制體采用的裝置包括底盤、角輪、撥盤和編織紗攜紗器，編織紗攜紗器包括編織紗攜紗器底座和編織紗攜紗器直桿，角輪、撥盤、編織紗攜紗器底座的數(shù)量均為多個(gè)，角輪為6切口圓板，撥盤為2切口圓板；

24、6切口圓板的形成過程為：在圓板u上選擇6個(gè)形狀相同、尺寸相同、相互之間不重疊且環(huán)繞圓板u的中心圓周均布的區(qū)域a，區(qū)域a由2條弧線圍成且其中1條弧線與圓板u的邊緣重合，切除6個(gè)區(qū)域a形成6個(gè)切口后即得6切口圓板；

25、2切口圓板的形成過程為：在圓板v上選擇2個(gè)形狀相同、尺寸相同、相互之間不重疊且環(huán)繞圓板u的中心圓周均布的區(qū)域b，區(qū)域b由2條弧線圍成且其中1條弧線與圓板v的邊緣重合，切除2個(gè)區(qū)域b形成2個(gè)切口后即得6切口圓板；

26、區(qū)域a、區(qū)域b、編織紗攜紗器底座底面的形狀和尺寸相同；

27、所有的6切口圓板分布在n層中，n≥2，各層由內(nèi)至外從1開始編號(hào)，第1層的6切口圓板的數(shù)量為1，第i層的6切口圓板的數(shù)量為6×(i-1)，2≤i≤n，任意相鄰兩個(gè)6切口圓板間距排列；第i層的6切口圓板均勻分布且中心點(diǎn)連線呈正六邊形，第2~n層對(duì)應(yīng)的正六邊形的頂點(diǎn)分布在自第1層的6切口圓板的中心點(diǎn)向外輻射的6條線上；

28、6切口圓板的每個(gè)切口都填充1個(gè)編織紗攜紗器底座；任意相鄰兩個(gè)6切口圓板均有一個(gè)切口相對(duì)，兩個(gè)相對(duì)的切口內(nèi)的編織紗攜紗器底座同時(shí)填充1個(gè)2切口圓板的2個(gè)切口；

29、n=2；第n層的各個(gè)6切口圓板中，未與其它切口相對(duì)的切口的數(shù)量為3，分別記為切口a、切口b和切口c，切口b位于切口a與切口c之間；切口a內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另1個(gè)編織紗攜紗器底座填充，該2切口圓板記為撥盤a；切口b內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另一個(gè)編織紗攜紗器底座填充，所述另一個(gè)編織紗攜紗器底座對(duì)應(yīng)的編織紗攜紗器記為編織紗攜紗器b，該2切口圓板記為撥盤b；切口c內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另1個(gè)編織紗攜紗器底座填充，該2切口圓板記為撥盤c；

30、制備三維編織碳纖維預(yù)制體的具體過程為：控制除了編織紗攜紗器b以外的所有攜紗器都攜帶紗線后，將所有的紗線進(jìn)行集束后，再進(jìn)行收卷，在收卷過程中交替控制所有角輪同時(shí)同向旋轉(zhuǎn)60°、除了撥盤b以外的所有撥盤同時(shí)旋轉(zhuǎn)180°，控制撥盤a和撥盤c的旋轉(zhuǎn)方向相反、除了撥盤a~c以外的其它撥盤和角輪的旋轉(zhuǎn)方向相反，循環(huán)多次后，即得三維編織碳纖維預(yù)制體。

31、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，制備三維編織碳纖維預(yù)制體采用的裝置包括底盤、角輪、撥盤和編織紗攜紗器，編織紗攜紗器包括編織紗攜紗器底座和編織紗攜紗器直桿，角輪、撥盤、編織紗攜紗器底座的數(shù)量均為多個(gè)，角輪為6切口圓板，撥盤為2切口圓板；

32、6切口圓板的形成過程為：在圓板u上選擇6個(gè)形狀相同、尺寸相同、相互之間不重疊且環(huán)繞圓板u的中心圓周均布的區(qū)域a，區(qū)域a由2條弧線圍成且其中1條弧線與圓板u的邊緣重合，切除6個(gè)區(qū)域a形成6個(gè)切口后即得6切口圓板；

33、2切口圓板的形成過程為：在圓板v上選擇2個(gè)形狀相同、尺寸相同、相互之間不重疊且環(huán)繞圓板u的中心圓周均布的區(qū)域b，區(qū)域b由2條弧線圍成且其中1條弧線與圓板v的邊緣重合，切除2個(gè)區(qū)域b形成2個(gè)切口后即得6切口圓板；

34、區(qū)域a、區(qū)域b、編織紗攜紗器底座底面的形狀和尺寸相同；

35、所有的6切口圓板分布在n層中，n≥2，各層由內(nèi)至外從1開始編號(hào)，第1層的6切口圓板的數(shù)量為1，第i層的6切口圓板的數(shù)量為6×(i-1)，2≤i≤n，任意相鄰兩個(gè)6切口圓板間距排列；第i層的6切口圓板均勻分布且中心點(diǎn)連線呈正六邊形，第2~n層對(duì)應(yīng)的正六邊形的頂點(diǎn)分布在自第1層的6切口圓板的中心點(diǎn)向外輻射的6條線上；

36、6切口圓板的每個(gè)切口都填充1個(gè)編織紗攜紗器底座；任意相鄰兩個(gè)6切口圓板均有一個(gè)切口相對(duì)，兩個(gè)相對(duì)的切口內(nèi)的編織紗攜紗器底座同時(shí)填充1個(gè)2切口圓板的2個(gè)切口；

37、n=2；第n層的各個(gè)6切口圓板中，未與其它切口相對(duì)的切口的數(shù)量為3，分別記為切口a、切口b和切口c，切口b位于切口a與切口c之間；切口a內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另1個(gè)編織紗攜紗器底座填充，該2切口圓板記為撥盤a；切口b內(nèi)的編織紗攜紗器底座未填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口；切口c內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另1個(gè)編織紗攜紗器底座填充，該2切口圓板記為撥盤c；

38、制備三維編織碳纖維預(yù)制體的具體過程為：控制每個(gè)攜紗器都攜帶紗線后，將所有的紗線進(jìn)行集束后，再進(jìn)行收卷，在收卷過程中交替控制所有角輪同時(shí)同向旋轉(zhuǎn)60°、所有撥盤同時(shí)旋轉(zhuǎn)180°，控制撥盤a和撥盤c的旋轉(zhuǎn)方向相反、除了撥盤a和撥盤c以外的其它撥盤和角輪的旋轉(zhuǎn)方向相反，循環(huán)多次后，即得三維編織碳纖維預(yù)制體。

39、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，至少一個(gè)角輪上設(shè)有襯紗攜紗器。

40、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，設(shè)有襯紗攜紗器的角輪上，襯紗攜紗器的數(shù)量為1，襯紗攜紗器位于角輪的中心。

41、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，設(shè)有襯紗攜紗器的角輪上，襯紗攜紗器的數(shù)量大于1，襯紗攜紗器環(huán)繞角輪的中心軸呈圓周分布。

42、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，設(shè)有襯紗攜紗器的角輪上還設(shè)有圓形滑軌，圓形滑軌的中心位于角輪的中心軸上，襯紗攜紗器與圓形滑軌滑動(dòng)連接。

43、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，每個(gè)角輪都有配套的角輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)，每個(gè)撥盤都有配套的撥盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)，編織紗攜紗器的上方設(shè)有一對(duì)輥輪，一對(duì)輥輪的上方設(shè)有收卷輪。

44、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，編織紗攜紗器的上方設(shè)有金屬集束環(huán)，金屬集束環(huán)位于一對(duì)輥輪的下方且接地。

45、本發(fā)明還提供實(shí)現(xiàn)如上任一項(xiàng)所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法的裝置，包括半成品連續(xù)加工裝備、碳化裝備、等離子體處理裝置；

46、半成品連續(xù)加工裝備包括高含碳物質(zhì)注射機(jī)以及沿輸送方向依次排列的三維編織碳纖維預(yù)制體的制備裝置、預(yù)成型裝置、浸潤與固化一體成型模具、后處理裝置、牽伸裝置、切割裝置。

47、三維編織碳纖維預(yù)制體成型后，先經(jīng)過預(yù)成型裝置，預(yù)成型裝置可壓縮三維編織碳纖維預(yù)制體的外形尺寸，方便進(jìn)入浸潤與固化一體成型模具的入口，避免蓬松尺寸進(jìn)入時(shí)，浸潤與固化一體成型模具損傷三維編織碳纖維預(yù)制體，再依次穿過浸潤與固化一體成型模具的樹脂注射區(qū)和加熱固化區(qū)，在樹脂注射區(qū)高含碳物質(zhì)經(jīng)高含碳物質(zhì)注射機(jī)以一定流速和壓力被注入、滲透進(jìn)三維編織碳纖維預(yù)制體的內(nèi)部，在加熱固化區(qū)浸漬在三維編織碳纖維預(yù)制體中的高含碳物質(zhì)受熱固化，此時(shí)會(huì)排出部分氣體，內(nèi)部未排出的少量氣體則形成了微孔隙，再經(jīng)過后處理裝置進(jìn)行定型、消除內(nèi)部殘余應(yīng)力，再經(jīng)過牽伸裝置，再經(jīng)過切割裝置，由其切割成適合的長度備用。

48、本發(fā)明在將碳纖維轉(zhuǎn)化為半成品的階段采用連續(xù)裝備組進(jìn)行操作，以提高生產(chǎn)效率；而到了碳處理環(huán)節(jié)，則轉(zhuǎn)換為間斷裝備組進(jìn)行作業(yè)，盡管如此，碳化裝備設(shè)計(jì)允許一次性填裝大批量半成品，所以實(shí)現(xiàn)碳化過程的經(jīng)濟(jì)效率依然可觀。

49、本發(fā)明還提供采用如上任一項(xiàng)所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法制得的一種碳/碳復(fù)合材料，主要由碳基體以及位于其中的三維編織碳纖維預(yù)制體組成；整體具有多層一體結(jié)構(gòu)，內(nèi)層致密，中層和外層多孔且孔隙主要為納米級(jí)孔隙，外層的孔隙數(shù)量大于中層。

50、作為優(yōu)選的技術(shù)方案：

51、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料，碳/碳復(fù)合材料的內(nèi)層體積占比為70-75%，中層體積占比為10-15%，外層體積占比為10-15%，各層的體積占比為該層的固體體積與孔隙體積之和占碳/碳復(fù)合材料的固體體積與孔隙體積之和的百分比；

52、碳/碳復(fù)合材料的整體孔隙率為2.5-7%，外層的孔隙體積占碳/碳復(fù)合材料的整體孔隙體積的65-75%，納米級(jí)孔隙體積為所有孔隙體積的60-70%，納米級(jí)孔隙的平均孔徑為5-70nm；

53、碳/碳復(fù)合材料的密度為0.7-1.8g/cm3，拉伸強(qiáng)度為600-800mpa，拉伸模量為250-400gpa，彎曲強(qiáng)度為450-700mpa，耐化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、可耐數(shù)千度以上高溫保持正常力學(xué)性能不損失，硬度為10-60gpa，可較好滿足結(jié)構(gòu)電池對(duì)輕量化與功能化等復(fù)雜要求；

54、由于本發(fā)明的碳/碳復(fù)合材料的內(nèi)層致密，因此碳/碳復(fù)合材料的硬度可以高達(dá)10-60gpa；

55、現(xiàn)有技術(shù)的碳/碳復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度約為100-200mpa，本發(fā)明相對(duì)于其提升了60-180%，現(xiàn)有技術(shù)的碳/碳復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度約為50-210mpa，本發(fā)明相對(duì)于其提升了80-200%，本發(fā)明的碳/碳復(fù)合材料相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)在抑制裂紋擴(kuò)散范圍上可縮小60-85%，這主要?dú)w因于本發(fā)明采用了不同于現(xiàn)有技術(shù)的三維編織碳纖維預(yù)制體。

56、本發(fā)明還提供如上任一項(xiàng)所述的一種碳/碳復(fù)合材料的應(yīng)用，用作結(jié)構(gòu)電池的電極。

57、作為優(yōu)選的技術(shù)方案：

58、如上所述的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)電池的負(fù)極為碳/碳復(fù)合材料，正極為經(jīng)過鋰/鈉離子附著處理后的碳/碳復(fù)合材料。本發(fā)明提出的碳/碳復(fù)合材料在加工后，不需要額外的粘結(jié)劑、導(dǎo)電添加劑和活性物質(zhì)的輔助處理，經(jīng)鋰/鈉離子附著處理后可直接作為獨(dú)立正極使用。與現(xiàn)有其它電極應(yīng)用方式比較，本發(fā)明提出的電極應(yīng)用更簡便、快捷，對(duì)降低電池用稀有貴金屬資源的成本更具優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用本發(fā)明電極的結(jié)構(gòu)電池的電化學(xué)性能和負(fù)載結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等性能提升潛力更大。

59、如上所述的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)電池的抗沖擊強(qiáng)度（參照astm?d7136/d7136m-12《纖維增強(qiáng)聚合物集體材料抗落錘沖擊損失測量的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》對(duì)各實(shí)施例制備的結(jié)構(gòu)電池的抗沖擊強(qiáng)度進(jìn)行測定；其中，半球形落錘直徑16mm，質(zhì)量5.5kg）為200-300mpa，在0.5倍額定容量循環(huán)400次數(shù)后的比容量保持率為75-88%；相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)電池而言，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)電池可減重30-50%，抗沖擊強(qiáng)度可提升約60-80%，在0.5倍額定容量循環(huán)400次數(shù)后的比容量保持率可提升50-150%，這是因?yàn)樘?碳復(fù)合材料的中層和外層多孔且孔隙主要為納米級(jí)孔隙，外層的孔隙數(shù)量大于中層，在應(yīng)用碳/碳復(fù)合材料作電極時(shí)，導(dǎo)電因子在外層和中層具有可觀的負(fù)載量，同時(shí)導(dǎo)電因子容易自由脫出，以充分發(fā)揮高效充放電性能，三維編織結(jié)構(gòu)與填充的碳基體協(xié)同降低了導(dǎo)電因子因高頻嵌入與脫出電極內(nèi)碳纖維而對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成不可逆損傷的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而有利于保持電極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。三維編織碳纖維預(yù)制體結(jié)構(gòu)的引入有利于其抗沖擊性能的提升。

60、本發(fā)明還提供了另一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法（記為碳/碳復(fù)合材料的制備方法d），包括以下步驟：

61、（a）采用液態(tài)的高含碳物質(zhì)對(duì)三維編織碳纖維預(yù)制體進(jìn)行浸漬后固化，得到半成品a；

62、（b）依次對(duì)半成品a進(jìn)行第一階段碳處理、第二階段碳處理，得到半成品b；

63、第一階段碳處理的溫度為900-1100℃，時(shí)間為5-10h；第二階段碳處理的溫度比第一階段碳處理的溫度高100-400℃，第二階段碳處理的時(shí)間比第一階段碳處理的時(shí)間短1-3h；

64、（c）將半成品b浸漬到體積比為3-9:100的碳?xì)饽z粉與液態(tài)的高含碳物質(zhì)的混合物中，存放在反應(yīng)釜內(nèi)，保持反應(yīng)釜的溫度為45-75℃，以“將反應(yīng)釜逐步加壓到2-5mpa后，保壓2-4h”為一個(gè)周期，循環(huán)4-6個(gè)周期，得到半成品c，其中，碳?xì)饽z粉為經(jīng)過強(qiáng)氧化活化劑清洗并干燥后的碳?xì)饽z粉；

65、（d）對(duì)半成品c進(jìn)行第三階段碳處理，即得碳/碳復(fù)合材料；

66、第三階段碳處理的溫度比第二階段碳處理的溫度高200-500℃，第三階段碳處理的時(shí)間比第二階段碳處理的時(shí)間短2-7h；

67、所有的浸漬均采用真空注射浸潤技術(shù)；

68、所有的高含碳物質(zhì)的殘?zhí)悸实娜≈捣秶鶠?5%-50%，如此設(shè)置殘?zhí)悸实睦碛赏?碳復(fù)合材料的制備方法c。

69、本發(fā)明的碳/碳復(fù)合材料的制備方法c和碳/碳復(fù)合材料的制備方法d均能得到結(jié)構(gòu)相同的碳/碳復(fù)合材料，二者的主要差異在于：碳/碳復(fù)合材料的制備方法c在第三階段碳處理之前進(jìn)行等離子體處理，碳/碳復(fù)合材料的制備方法d在第三階段碳處理之前浸漬碳?xì)饽z粉與液態(tài)的高含碳物質(zhì)的混合物，碳?xì)饽z內(nèi)富含大量納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)，增加碳?xì)饽z相當(dāng)于在高含碳物質(zhì)中物理添加了納米級(jí)孔隙，本發(fā)明選用經(jīng)過強(qiáng)氧化活化劑清洗并干燥后的碳?xì)饽z粉是因?yàn)樵撎細(xì)饽z粉末在高含碳物質(zhì)中的團(tuán)聚概率較低，分散均勻性較好。

70、作為優(yōu)選的技術(shù)方案：

71、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，所有的高含碳物質(zhì)為酚醛樹脂、聚酰亞胺樹脂、瀝青等，所有的高含碳物質(zhì)在25℃下的粘度為20-2000cps；所有浸漬時(shí)的注射壓力為0.1-1bar，高含碳物質(zhì)的粘度越大，對(duì)應(yīng)的注射壓力越大，步驟（a）中的高含碳物質(zhì)的體積為步驟（a）和步驟（c）中的高含碳物質(zhì)的總體積的54-71%，步驟（a）和步驟（c）中的高含碳物質(zhì)的總體積與三維編織碳纖維預(yù)制體的體積之比為35-45:49-62；固化的溫度為80-190℃，壓力為0.1-2mpa，時(shí)間為0.2-3h。

72、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，制備三維編織碳纖維預(yù)制體采用的裝置包括底盤、角輪、撥盤和編織紗攜紗器，編織紗攜紗器包括編織紗攜紗器底座和編織紗攜紗器直桿，角輪、撥盤、編織紗攜紗器底座的數(shù)量均為多個(gè)，角輪為6切口圓板，撥盤為2切口圓板；

73、6切口圓板的形成過程為：在圓板u上選擇6個(gè)形狀相同、尺寸相同、相互之間不重疊且環(huán)繞圓板u的中心圓周均布的區(qū)域a，區(qū)域a由2條弧線圍成且其中1條弧線與圓板u的邊緣重合，切除6個(gè)區(qū)域a形成6個(gè)切口后即得6切口圓板；

74、2切口圓板的形成過程為：在圓板v上選擇2個(gè)形狀相同、尺寸相同、相互之間不重疊且環(huán)繞圓板u的中心圓周均布的區(qū)域b，區(qū)域b由2條弧線圍成且其中1條弧線與圓板v的邊緣重合，切除2個(gè)區(qū)域b形成2個(gè)切口后即得6切口圓板；

75、區(qū)域a、區(qū)域b、編織紗攜紗器底座底面的形狀和尺寸相同；

76、所有的6切口圓板分布在n層中，n≥2，各層由內(nèi)至外從1開始編號(hào)，第1層的6切口圓板的數(shù)量為1，第i層的6切口圓板的數(shù)量為6×(i-1)，2≤i≤n，任意相鄰兩個(gè)6切口圓板間距排列；第i層的6切口圓板均勻分布且中心點(diǎn)連線呈正六邊形，第2~n層對(duì)應(yīng)的正六邊形的頂點(diǎn)分布在自第1層的6切口圓板的中心點(diǎn)向外輻射的6條線上；

77、6切口圓板的每個(gè)切口都填充1個(gè)編織紗攜紗器底座；任意相鄰兩個(gè)6切口圓板均有一個(gè)切口相對(duì)，兩個(gè)相對(duì)的切口內(nèi)的編織紗攜紗器底座同時(shí)填充1個(gè)2切口圓板的2個(gè)切口；

78、n>2；對(duì)于第n層的各個(gè)6切口圓板中未與其它切口相對(duì)的切口而言，各切口內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另1個(gè)編織紗攜紗器底座填充；

79、或者，n=2；第n層的各個(gè)6切口圓板中，未與其它切口相對(duì)的切口的數(shù)量為3，分別記為切口a、切口b和切口c，切口b位于切口a與切口c之間；切口a內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另1個(gè)編織紗攜紗器底座填充，該2切口圓板記為撥盤a；切口b內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另一個(gè)編織紗攜紗器底座填充，所述另一個(gè)編織紗攜紗器底座對(duì)應(yīng)的編織紗攜紗器記為編織紗攜紗器b，該2切口圓板記為撥盤b；切口c內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另1個(gè)編織紗攜紗器底座填充，該2切口圓板記為撥盤c；

80、制備三維編織碳纖維預(yù)制體的具體過程為：控制每個(gè)攜紗器都攜帶紗線后，將所有的紗線進(jìn)行集束后，再進(jìn)行收卷，在收卷過程中交替控制所有角輪同時(shí)同向旋轉(zhuǎn)60°、所有撥盤同時(shí)同向旋轉(zhuǎn)180°，控制角輪和撥盤的旋轉(zhuǎn)方向相反，循環(huán)多次后，即得三維編織碳纖維預(yù)制體。

81、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，制備三維編織碳纖維預(yù)制體采用的裝置包括底盤、角輪、撥盤和編織紗攜紗器，編織紗攜紗器包括編織紗攜紗器底座和編織紗攜紗器直桿，角輪、撥盤、編織紗攜紗器底座的數(shù)量均為多個(gè)，角輪為6切口圓板，撥盤為2切口圓板；

82、6切口圓板的形成過程為：在圓板u上選擇6個(gè)形狀相同、尺寸相同、相互之間不重疊且環(huán)繞圓板u的中心圓周均布的區(qū)域a，區(qū)域a由2條弧線圍成且其中1條弧線與圓板u的邊緣重合，切除6個(gè)區(qū)域a形成6個(gè)切口后即得6切口圓板；

83、2切口圓板的形成過程為：在圓板v上選擇2個(gè)形狀相同、尺寸相同、相互之間不重疊且環(huán)繞圓板u的中心圓周均布的區(qū)域b，區(qū)域b由2條弧線圍成且其中1條弧線與圓板v的邊緣重合，切除2個(gè)區(qū)域b形成2個(gè)切口后即得6切口圓板；

84、區(qū)域a、區(qū)域b、編織紗攜紗器底座底面的形狀和尺寸相同；

85、所有的6切口圓板分布在n層中，n≥2，各層由內(nèi)至外從1開始編號(hào)，第1層的6切口圓板的數(shù)量為1，第i層的6切口圓板的數(shù)量為6×(i-1)，2≤i≤n，任意相鄰兩個(gè)6切口圓板間距排列；第i層的6切口圓板均勻分布且中心點(diǎn)連線呈正六邊形，第2~n層對(duì)應(yīng)的正六邊形的頂點(diǎn)分布在自第1層的6切口圓板的中心點(diǎn)向外輻射的6條線上；

86、6切口圓板的每個(gè)切口都填充1個(gè)編織紗攜紗器底座；任意相鄰兩個(gè)6切口圓板均有一個(gè)切口相對(duì)，兩個(gè)相對(duì)的切口內(nèi)的編織紗攜紗器底座同時(shí)填充1個(gè)2切口圓板的2個(gè)切口；

87、n=2；第n層的各個(gè)6切口圓板中，未與其它切口相對(duì)的切口的數(shù)量為3，分別記為切口a、切口b和切口c，切口b位于切口a與切口c之間；切口a內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另1個(gè)編織紗攜紗器底座填充，該2切口圓板記為撥盤a；切口b內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另一個(gè)編織紗攜紗器底座填充，所述另一個(gè)編織紗攜紗器底座對(duì)應(yīng)的編織紗攜紗器記為編織紗攜紗器b，該2切口圓板記為撥盤b；切口c內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另1個(gè)編織紗攜紗器底座填充，該2切口圓板記為撥盤c；

88、制備三維編織碳纖維預(yù)制體的具體過程為：控制除了編織紗攜紗器b以外的所有攜紗器都攜帶紗線后，將所有的紗線進(jìn)行集束后，再進(jìn)行收卷，在收卷過程中交替控制所有角輪同時(shí)同向旋轉(zhuǎn)60°、除了撥盤b以外的所有撥盤同時(shí)旋轉(zhuǎn)180°，控制撥盤a和撥盤c的旋轉(zhuǎn)方向相反、除了撥盤a~c以外的其它撥盤和角輪的旋轉(zhuǎn)方向相反，循環(huán)多次后，即得三維編織碳纖維預(yù)制體。

89、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，制備三維編織碳纖維預(yù)制體采用的裝置包括底盤、角輪、撥盤和編織紗攜紗器，編織紗攜紗器包括編織紗攜紗器底座和編織紗攜紗器直桿，角輪、撥盤、編織紗攜紗器底座的數(shù)量均為多個(gè)，角輪為6切口圓板，撥盤為2切口圓板；

90、6切口圓板的形成過程為：在圓板u上選擇6個(gè)形狀相同、尺寸相同、相互之間不重疊且環(huán)繞圓板u的中心圓周均布的區(qū)域a，區(qū)域a由2條弧線圍成且其中1條弧線與圓板u的邊緣重合，切除6個(gè)區(qū)域a形成6個(gè)切口后即得6切口圓板；

91、2切口圓板的形成過程為：在圓板v上選擇2個(gè)形狀相同、尺寸相同、相互之間不重疊且環(huán)繞圓板u的中心圓周均布的區(qū)域b，區(qū)域b由2條弧線圍成且其中1條弧線與圓板v的邊緣重合，切除2個(gè)區(qū)域b形成2個(gè)切口后即得6切口圓板；

92、區(qū)域a、區(qū)域b、編織紗攜紗器底座底面的形狀和尺寸相同；

93、所有的6切口圓板分布在n層中，n≥2，各層由內(nèi)至外從1開始編號(hào)，第1層的6切口圓板的數(shù)量為1，第i層的6切口圓板的數(shù)量為6×(i-1)，2≤i≤n，任意相鄰兩個(gè)6切口圓板間距排列；第i層的6切口圓板均勻分布且中心點(diǎn)連線呈正六邊形，第2~n層對(duì)應(yīng)的正六邊形的頂點(diǎn)分布在自第1層的6切口圓板的中心點(diǎn)向外輻射的6條線上；

94、6切口圓板的每個(gè)切口都填充1個(gè)編織紗攜紗器底座；任意相鄰兩個(gè)6切口圓板均有一個(gè)切口相對(duì)，兩個(gè)相對(duì)的切口內(nèi)的編織紗攜紗器底座同時(shí)填充1個(gè)2切口圓板的2個(gè)切口；

95、n=2；第n層的各個(gè)6切口圓板中，未與其它切口相對(duì)的切口的數(shù)量為3，分別記為切口a、切口b和切口c，切口b位于切口a與切口c之間；切口a內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另1個(gè)編織紗攜紗器底座填充，該2切口圓板記為撥盤a；切口b內(nèi)的編織紗攜紗器底座未填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口；切口c內(nèi)的編織紗攜紗器底座填充1個(gè)2切口圓板的1個(gè)切口，該2切口圓板的另1個(gè)切口由另1個(gè)編織紗攜紗器底座填充，該2切口圓板記為撥盤c；

96、制備三維編織碳纖維預(yù)制體的具體過程為：控制每個(gè)攜紗器都攜帶紗線后，將所有的紗線進(jìn)行集束后，再進(jìn)行收卷，在收卷過程中交替控制所有角輪同時(shí)同向旋轉(zhuǎn)60°、所有撥盤同時(shí)旋轉(zhuǎn)180°，控制撥盤a和撥盤c的旋轉(zhuǎn)方向相反、除了撥盤a和撥盤c以外的其它撥盤和角輪的旋轉(zhuǎn)方向相反，循環(huán)多次后，即得三維編織碳纖維預(yù)制體。

97、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，至少一個(gè)角輪上設(shè)有襯紗攜紗器。

98、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，設(shè)有襯紗攜紗器的角輪上，襯紗攜紗器的數(shù)量為1，襯紗攜紗器位于角輪的中心。

99、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，設(shè)有襯紗攜紗器的角輪上，襯紗攜紗器的數(shù)量大于1，襯紗攜紗器環(huán)繞角輪的中心軸呈圓周分布。

100、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，設(shè)有襯紗攜紗器的角輪上還設(shè)有圓形滑軌，圓形滑軌的中心位于角輪的中心軸上，襯紗攜紗器與圓形滑軌滑動(dòng)連接。

101、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，每個(gè)角輪都有配套的角輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)，每個(gè)撥盤都有配套的撥盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)，編織紗攜紗器的上方設(shè)有一對(duì)輥輪，一對(duì)輥輪的上方設(shè)有收卷輪。

102、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法，編織紗攜紗器的上方設(shè)有金屬集束環(huán)，金屬集束環(huán)位于一對(duì)輥輪的下方且接地。

103、本發(fā)明還提供采用如上任一項(xiàng)所述的一種碳/碳復(fù)合材料的制備方法制得的一種碳/碳復(fù)合材料，主要由碳基體以及位于其中的三維編織碳纖維預(yù)制體組成；整體具有多層一體結(jié)構(gòu)，內(nèi)層致密，中層和外層多孔且孔隙主要為納米級(jí)孔隙，外層的孔隙數(shù)量大于中層。

104、作為優(yōu)選的技術(shù)方案：

105、如上所述的一種碳/碳復(fù)合材料，碳/碳復(fù)合材料的內(nèi)層體積占比為70-75%，中層體積占比為10-15%，外層體積占比為10-15%，各層的體積占比為該層的固體體積與孔隙體積之和占碳/碳復(fù)合材料的固體體積與孔隙體積之和的百分比；

106、碳/碳復(fù)合材料的整體孔隙率為2.5-7%，外層的孔隙體積占碳/碳復(fù)合材料的整體孔隙體積的65-75%，納米級(jí)孔隙體積為所有孔隙體積的60-70%，納米級(jí)孔隙的平均孔徑為5-70nm；

107、碳/碳復(fù)合材料的密度為0.7-1.8g/cm3，拉伸強(qiáng)度為600-800mpa，拉伸模量為250-400gpa，彎曲強(qiáng)度為450-700mpa，硬度為10-60gpa。

108、本發(fā)明還提供如上任一項(xiàng)所述的一種碳/碳復(fù)合材料的應(yīng)用，用作結(jié)構(gòu)電池的電極。

109、作為優(yōu)選的技術(shù)方案：

110、如上所述的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)電池的負(fù)極為碳/碳復(fù)合材料，正極為經(jīng)過鋰/鈉離子附著處理后的碳/碳復(fù)合材料。

111、如上所述的應(yīng)用，結(jié)構(gòu)電池的抗沖擊強(qiáng)度為200-300mpa，在0.5倍額定容量循環(huán)400次數(shù)后的比容量保持率為75-88%。

112、發(fā)明原理：

113、本發(fā)明可解決文獻(xiàn)（highly?conductive?carbon/carbon?composites?asadvanced?multifunctional?anode?materials?for?structural?lithium-lonbatteries.?advanced?functional?materials,?34(40),?2403729?(1-11).）存在的問題，具體原因如下：

114、針對(duì)問題①，本發(fā)明通過使用真空注射浸潤技術(shù)、碳?xì)饽z等，成功地減少了不必要孔隙（如裂紋和微米級(jí)孔隙）的生成，這些孔隙通常被視為損害材料性能的缺陷，同時(shí)，還促進(jìn)了所需孔隙（尤其是納米級(jí)孔隙）的顯著增加，使得在預(yù)制體中單質(zhì)碳基體的特定區(qū)域內(nèi)能夠盡可能多地形成納米級(jí)孔隙。

115、本發(fā)明提出了一種分階段高溫處理的方法，用于精確調(diào)控預(yù)制體內(nèi)的孔隙分布。這種方法能夠主觀地、由內(nèi)而外地設(shè)計(jì)孔隙在預(yù)制體輪廓內(nèi)的分布，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)的精確控制。預(yù)制體的內(nèi)部被設(shè)計(jì)得盡可能密實(shí)，以減少孔隙的數(shù)量，從而保持復(fù)合材料的力學(xué)性能不受影響。而在預(yù)制體的外表面向內(nèi)延伸的一定層厚范圍內(nèi)，則分布著適量的孔隙，這些孔隙的存在能夠有效提升復(fù)合材料的離子存儲(chǔ)能力。

116、因此本發(fā)明不僅解決了孔隙大小和分布不理想的問題，還成功地在提升離子存儲(chǔ)能力與保持綜合力學(xué)性能之間找到了理想的平衡點(diǎn)。這一突破為碳/碳復(fù)合材料在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，開辟了更加廣闊的前景。

117、針對(duì)問題②，本發(fā)明創(chuàng)新性地提出了一種預(yù)制體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)顯著特征包括軸向大尺寸延伸能力、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的高度自由設(shè)計(jì)性、獨(dú)特的三維一體化構(gòu)造、結(jié)構(gòu)緊密且纖維含量可靈活調(diào)整，以及靜力學(xué)與動(dòng)力學(xué)性能之間的均衡發(fā)揮。這一預(yù)制體結(jié)構(gòu)的獨(dú)特之處在于，其內(nèi)部每路纖維在預(yù)制體的輪廓空間內(nèi)通過屈曲互鎖的方式形成了密集的編織節(jié)，這種結(jié)構(gòu)使得每一路纖維都能從外部連續(xù)且完整地貫穿整個(gè)預(yù)制體的尺寸空間，不僅在xyz三個(gè)主方向上均勻分布，還覆蓋了其他各個(gè)分方向。此設(shè)計(jì)巧妙地利用了纖維在空間中的全方位分布特性，有效地抑制了裂紋缺陷在復(fù)合材料內(nèi)部及表面的傳播，特別是在編織節(jié)處，能夠顯著阻斷裂紋的進(jìn)一步擴(kuò)散。因此，該預(yù)制體結(jié)構(gòu)在展現(xiàn)出色的靜力學(xué)性能的同時(shí)，也保持了良好的動(dòng)力學(xué)性能，實(shí)現(xiàn)了兩者之間的平衡。此外，該結(jié)構(gòu)還允許沿軸向增加襯紗，這一設(shè)計(jì)不僅進(jìn)一步提升了預(yù)制體的整體力學(xué)性能指標(biāo)，還能夠定向增強(qiáng)其在軸向方向上的靜力學(xué)性能，從而滿足了更為復(fù)雜和多樣化的應(yīng)用需求。

118、針對(duì)問題③，本發(fā)明先利用高碳物質(zhì)對(duì)預(yù)制體進(jìn)行浸漬處理，制備成半成品，隨后在較低溫度下進(jìn)行高溫?zé)崽幚?，相較于傳統(tǒng)icvi工藝所需的2400℃高溫和長時(shí)間處理，本發(fā)明顯著降低了能耗，縮短了熱處理周期（可減少25%-50%），不僅提高了生產(chǎn)效率，還降低了生產(chǎn)成本，展現(xiàn)出更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和商業(yè)化生產(chǎn)潛力。

119、有益效果：

120、（1）本發(fā)明三維編織碳纖維預(yù)制體可實(shí)現(xiàn)外形輪廓與內(nèi)部結(jié)構(gòu)的雙重自由度設(shè)計(jì)，這賦予了電極材料性能與結(jié)構(gòu)高度定制化的制備基礎(chǔ)。外形輪廓可適范圍廣，同一材料內(nèi)部的性能分布可自由設(shè)計(jì)度高。

121、（2）三維整體結(jié)構(gòu)的引入，賦予了電極材料卓越的綜合力學(xué)性能（包括抗彎曲、抗剪切、抗壓縮等靜力學(xué)性能及抗沖擊、抗疲勞等動(dòng)力學(xué)性能），可預(yù)防碳纖維與鋰/鈉離子直接結(jié)合后的膨脹收縮問題，可抑制電極承受負(fù)載時(shí)產(chǎn)生的裂紋大范圍快速擴(kuò)散，可提高材料服役穩(wěn)定性并延長壽命。

122、（3）本發(fā)明由內(nèi)而外孔隙遞增的布局，在顯著提升電極材料離子負(fù)載能力的同時(shí)，保障了電極材料在承受一定容限復(fù)雜載荷時(shí)可依舊正常服役，兼顧了離子負(fù)載能力提升與力學(xué)性能保持。更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了無導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑、活性物質(zhì)涂覆的直接電極功能應(yīng)用，減少了稀有資源的消耗，降低了成本，有利于推進(jìn)雙碳綠色發(fā)展戰(zhàn)略。