一种具有核壳结构的硬碳材料及其制备方法和应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116014102A(43)申请公布日2023.04.25(21)申请号202211717628.4C01B32/05(2017.01)(22)申请日2022.12.30(71)申请人宁波大学地址315021浙江省宁波市江北区风华路818号(72)发明人王宇作阮殿波乔志军(74)专利代理机构宁波市鄞州盛飞专利代理事务所(特殊普通合伙)33243专利代理师洪珊珊(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/587(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M4/133(2010.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书1页说明书5页附图2页(54)发明名称一种具有核壳结构的硬碳材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有核壳结构的硬碳材料及其制备方法和应用。该硬碳材料，内核为具有交联多孔结构的硬碳，外壳为致密碳层，其制备方法包括制备聚丙烯腈溶液和海藻酸钠溶液，聚丙烯腈溶液和海藻酸钠溶液混合，高温处理、快速降温、预氧化处理和碳化处理，用作锂离子电池负极活性材料，可以获得高可逆容量、高倍率性能和高首次库伦效率。CN116014102ACN116014102A权利要求书1/1页1.一种具有核壳结构的硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料的内核为具有交联多孔结构的硬碳，外壳为致密碳层。2.根据权利要求1所述的硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料的I/I为0.81.3，DG~23（002）层间距为0.35~0.38nm，比表面积为10~32m/g，振实密度为0.82~1.1g/cm。3.一种如权利要求1所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括制备聚丙烯腈溶液和海藻酸钠溶液，聚丙烯腈溶液和海藻酸钠溶液混合，高温处理、快速降温、预氧化处理和碳化处理。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，聚丙烯腈溶于非质子极性溶剂形成聚丙烯腈溶液，固含量为60~90mg/mL。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，海藻酸钠溶于质子极性溶剂形成海藻酸钠溶液，固含量为20~30mg/mL。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，聚丙烯腈溶液和海藻酸钠溶液的体积比为15:(3~12)。7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，高温处理的温度为80~120℃，时间为2~5h；和或快速降温的降温速度为5~15℃/min，冷却截止温度为10~12℃。8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，预氧化处理在空气气氛中进行，温度为200~250℃，时间为4~6h。9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，碳化处理在惰性气氛中进行，温度为600~1200℃，时间为2~4h。10.一种锂离子电池负极，其特征在于，包括权利要求1所述的硬碳材料。2CN116014102A说明书1/5页一种具有核壳结构的硬碳材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种具有核壳结构的硬碳材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]电动汽车的加油式充电，要求其核心电化学储能部件可以在15分钟内达到90%SOC（StateofCharge，荷电状态）的充入电量，目前应用最广泛的锂离子电池难以在不牺牲电化学性能及安全性的前提下满足上述目标。负极材料被认为是限制锂离子电池快充能力的关键因素之一，非石墨类碳材料具有石墨材料作为锂离子电池负极的优点，且具有较宽的层间距和较大的无序度，更加有利于锂离子的脱嵌，采用非石墨类碳材料来替代传统的石墨负极已成为重要的研发方向。[0003]在非石墨类碳材料中，硬碳虽然具有动力学优良、低温性能好、析锂倾向性小（过放120%才会发生析锂）等优点，但是首次库伦效率低（<70%）、不可逆容量高等问题，仍限制了其规模化应用。碳包覆是解决硬碳负极首次库伦效率低的有效方法，可以降低硬碳与电解液的接触面积，提高其首次库伦效率。目前，硬碳的碳包覆通常是采用化学气相沉积技术或利用两类碳质前驱体的混合、高温碳化来完成，可实现具有核壳结构硬碳复合材料的构建（一般而言，该核壳结构的内部为高比表面积的多孔硬碳，而外部为低比表面积的致密碳层），却存在工艺复杂、能耗较大等缺点；并且在包覆过程中容易堵塞内核硬碳的孔道，增加锂离子的扩散阻力，降低硬碳的可逆容量和倍率性能。发明内容[0004]本发明的目的是针对以上技术问题，提供一种具有核壳结构的硬碳材料，可以获得高可逆容量、高倍率性能和高首次库伦效率。[0005]本发明技术方案中一种具有核壳结构的硬碳材料，内核为具有交联多孔结构的硬碳，外壳为致密碳层。[0006]本发明中具有核壳结构的硬碳材料，硬碳内核具有交联的多孔结构，物理结构比较稳定，多孔结构