一种硬碳‑金属氧化物‑软碳复合材料及其制备方法和应用.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CN107240680A(43)申请公布日2017.10.10(21)申请号201710361334.5(22)申请日2017.05.21(71)申请人合肥国轩高科动力能源有限公司地址230011安徽省合肥市新站区岱河路599号(72)发明人王涂亮包婷婷梁大宇(74)专利代理机构合肥天明专利事务所(普通合伙)34115代理人汪贵艳(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/583(2010.01)H01M4/48(2010.01)H01M10/054(2010.01)权利要求书1页说明书5页(54)发明名称一种硬碳-金属氧化物-软碳复合材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种硬碳-金属氧化物-软碳复合材料及其制备方法和应用，首先碳氢化合物在反应釜中通过水热法制备硬碳前驱体，再将硬碳前驱体和钛盐进行预包覆，将沥青置于马弗炉中进行低温热解反应得到软碳前驱体；最后将预包覆硬碳前驱体和软碳前驱体充分混合，并在惰性气体保护下进行高温热解反应，得到产物为硬碳-金属氧化物-软碳复合材料，该材料可作为钠离子电池的负极活性材料。本发明使用的原料来源广泛，成本低廉；制备的硬碳-金属氧化物-软碳复合材料在钠离子电池中具有可逆容量大、首次充放电库伦效率高、循环性能好等优势。CN107240680ACN107240680A权利要求书1/1页1.一种硬碳-金属氧化物-软碳复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）将碳氢化合物水溶液放入反应釜中进行水热反应，随后用水洗涤至pH中性，干燥得到硬碳前驱体；2）将硬碳前驱体和钛盐加入溶剂和去离子水的混合溶液中进行搅拌，待钛盐充分水解后干燥，得到预包覆硬碳前驱体；3）将沥青置于马弗炉中进行低温热解反应，以分解其中的轻组分，得到软碳前驱体；4）将预包覆硬碳前驱体和软碳前驱体进行混合均匀，在惰性气体的保护下进行高温热解反应，得到硬碳-金属氧化物-软碳复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤1）中碳氢化合物为葡萄糖、蔗糖、木质素、纤维素中的至少一种；所述水热反应的温度为100～300℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中的钛盐为钛酸丁酯或异丙醇钛；所述溶剂为乙醇、丙二醇中的一种，所述溶剂和去离子水的体积比为3:7。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中的沥青为煤焦油沥青、中间相沥青、石油沥青中的至少一种；所述低温热解反应的温度为25～400℃、时间为12～48h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述硬碳-金属氧化物-软碳复合材料中的硬碳前驱体、钛盐和软碳前驱体的质量比为（60-100）：（5-20）：（5-20）。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4）中的惰性气体为氮气、氩气或氦气。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤4）中的高温热解反应的温度为700～1200℃、时间为2～6h。8.一种如权利要求1所述的制备方法所制备的硬碳-金属氧化物-软碳复合材料。9.如权利要求8所述的硬碳-金属氧化物-软碳复合材料的应用，其特征在于：所述硬碳-金属氧化物-软碳复合材料用于钠离子二次电池的负极活性材料。2CN107240680A说明书1/5页一种硬碳-金属氧化物-软碳复合材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及一种复合材料的制备方法，具体涉及一种硬碳-金属氧化物-软碳复合材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]相比于传统的铅酸电池、镍镉电池等二次电池，锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长以及环境友好等优点，因而吸引了越来越多的科研人员的关注。但全球锂资源并不富裕，锂元素在地壳丰度仅为0.006％，资源与价格问题成为未来大规模应用的忧患，亟需开发下一代具有优异综合效能的储能电池新体系。与锂资源相比，钠储量极其丰富，地壳中的含度约为2.64％，且二者为同一主族元素，化学性质相近，用钠替代锂开发钠离子电池具有非常广阔的应用前景。[0003]目前锂离子电池中普遍使用的负极材料为天然石墨、人造石墨等，其具有优异的循环性能，但相对较大半径的钠离子而言其难以嵌入到石墨层间距中，因而开发新型的钠离子电池负极材料已成为人们研究的重点。[0004]硬碳是高分子聚合物的热解碳，其难以被石墨化，它具有相互交错的层状结构，从而使钠离子能够从各个角度嵌入和脱出，从而大大提高了充放电的速度；与石墨材料相比，其低温性能也有明显的改善，而且硬碳材料一般具有较高的可逆比容量，但是硬碳材料也往往存在电极电位过高、电位滞后、首次不可逆、容量大等缺点，使其大规模应用受到限制。软碳材料是指在2500℃以上的高温下