一种硬碳材料及其制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108963252A(43)申请公布日2018.12.07(21)申请号201810602541.X(22)申请日2018.06.12(71)申请人北京英耐时新能源科技有限公司地址100083北京市海淀区中关村东路18号1号楼C-1206-29(72)发明人李文迪石岩丁莹(74)专利代理机构北京中政联科专利代理事务所(普通合伙)11489代理人陈超(51)Int.Cl.H01M4/583(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)C01B32/05(2017.01)权利要求书1页说明书6页附图1页(54)发明名称一种硬碳材料及其制备方法(57)摘要本发明公开了一种硬碳材料及其制备方法。利用天然成分为原材料，经过原材料初烧、粗粉碎、特殊的备长炭包覆技术碳化、微粉碎、分级，获得最佳的碳化效果，制得的硬碳存在丰富的不定形微孔结构。相对于现有技术，本发明工艺步骤简单，收率高，且成本低廉，具有较好的规模化应用潜力；制备步骤及其所选用的原材料绿色环保；所制备的硬碳的电化学性能明显改善，将其用于制备锂离子电池，循环及快充性良好，充放电性能优异。特别适用于高功率密度和高能量密度的电动汽车用动力电池。CN108963252ACN108963252A权利要求书1/1页1.一种硬碳材料的制备方法，其特征在于：利用天然成分为原材料，经过原材料初烧、特殊的备长炭包覆技术碳化、微粉碎、分级，获得最佳的碳化效果，制得的硬碳存在丰富的不定形微孔结构。2.根据权利要求1所述的一种硬碳材料的制备方法，其特征在于：所述的天然成分的原材料为大米。3.根据权利要求1所述的一种硬碳材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，原材料初烧，将大米在不完整的N2保护的还原气氛下经水蒸气加热炉加热，温度400-600℃、加热时间5-10min，制得前驱体。第二步，粗粉碎，将前驱体进行粉碎成平均粒子直径为5-50μm。第三步，碳化，在惰性氛围保护下，把上述粉碎物用备长碳包覆，经1000-1500℃高温还原，还原时间1-20h。第四步，微粉碎，将上述碳化后的材料粉碎，平均粒子直径为10μm左右。通过粉碎微化可以材料粒度细、均匀。第五步，分级，通过球磨等方法，进一步通过人工离子级破碎机，分级至粒径为4-10μm。4.根据权利要求1所述的一种硬碳材料的制备方法，其特征在于：所述的惰性氛围包括氮气气氛、氩气气氛或氦气气氛。5.根据权利要求1所述的一种硬碳材料的制备方法，其特征在于：所述的备长炭的硬度在15-25度之间，碳含量在93-96％之间，碳元素含量可达93-96％，导电率高，电阻为1.0×100到1.0×101欧姆。6.一种硬碳材料，其特征在于：采用权利要求1-5任一项所述的方法制作而成。2CN108963252A说明书1/6页一种硬碳材料及其制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种硬碳材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域。背景技术[0002]随着科技的发展和生活水平的提高，人类对多功能便携式电子设备以及电动车等设备的需求日益增加，因此研究能量密度高、负载特性好、充放电快、安全性能高、循环寿命长、成本低的新型锂离子电池已经成为国际上重要的前沿领域。[0003]目前，碳基负极材料作为电化学嵌锂宿主且成本低而被选为锂离子电池负极材料。石墨材料具有电极电位低、循环寿命长、安全性好且价格低廉等优点，成为商业化锂离子电池的主要负极材料。但石墨材料由于具有层状结构，与电解液的相容性较差，在充放电的过程中容易发生溶剂离子共嵌入现象而引起结构破坏，进而影响循环稳定性和库仑效率。此外，石墨材料的各向异性结构特征，限制了锂离子在石墨结构中的自由扩散，制约了石墨材料电化学容量的发挥，尤其是影响了倍率性能。故石墨材料难以满足快速发展的电子设备及电动汽车等对高性能锂离子电池的要求。[0004]相比石墨材料而言，硬碳材料一般为高分子聚合物经过高温裂解而形成，具有各向同性的结构特征，层间距较大、锂嵌入没有膨胀，可以加快锂离子的扩散，且与碳酸丙烯脂PC电解液相容性较好，同时循环寿命长、功率性能好、倍率性能佳。但目前，硬碳是用石油原料生产的，需要大量的能源投入，不利于环境友好、存在制备成本较高、且生产过程不环保的缺点。此外，由于现有硬碳材料制备方法条件限制，其孔隙率一般较低，层面结构不是很规则，致使现有硬碳材料的嵌锂容量和可逆容量相对较小，低温性能较差，影响了硬碳材料在锂离子电池领域的实用化进程。因此，研究人员正在努力改进制备方法，降低硬碳的生产成本。发明内容[0005]本发明要针对上述问题，提供一种硬碳材料及其制备方法,利用天然成分为原材料，降低生产成本，提高收率，提高锂离子电池