一种硬碳复合负极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CN114447304A(43)申请公布日2022.05.06(21)申请号202210107040.0(22)申请日2022.01.28(71)申请人蜂巢能源科技股份有限公司地址213200江苏省常州市金坛区鑫城大道8899号(72)发明人赵晓锋刘静杨红新(74)专利代理机构北京远智汇知识产权代理有限公司11659专利代理师牛海燕(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/587(2010.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书2页说明书10页附图1页(54)发明名称一种硬碳复合负极材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种硬碳复合负极材料及其制备方法和应用。所述硬碳复合负极材料包括内核与包覆于所述内核表面的外壳，所述内核包括多孔硬碳材料以及位于所述多孔硬碳材料的多孔结构中的碳纳米管，所述外壳包括碳纳米管和无定形碳，所述内核中的碳纳米管与多孔硬碳材料通过化学键连接。本发明通过在多孔硬碳表面同时包覆碳纳米管与无定形碳，且内核中也存在通过化学键与多孔硬碳前驱体连接的碳纳米管，提升了材料的电子导电率和振实密度，同时还降低了材料的比表面积，且通过在多孔硬碳前驱体的孔隙中沉积催化剂，结合气相沉积法，同时实现碳纳米管的生长以及无定形碳的包覆，最终提升了材料的电化学性能，包括其首效、倍率和循环性能。CN114447304ACN114447304A权利要求书1/2页1.一种硬碳复合负极材料，其特征在于，所述硬碳复合负极材料包括内核与包覆于所述内核表面的外壳，所述内核包括多孔硬碳材料以及位于所述多孔硬碳材料的多孔结构中的碳纳米管，所述外壳包括碳纳米管和无定形碳，所述内核中的碳纳米管与多孔硬碳材料通过化学键连接。2.根据权利要求1所述的硬碳复合负极材料，其特征在于，所述外壳的质量占所述硬碳复合负极材料的质量的5～15wt％。3.根据权利要求1或2所述的硬碳复合负极材料，其特征在于，所述外壳中，碳纳米管和无定形碳的质量之比为(1～5):(95～99)。4.一种如权利要求1‑3任一项所述的硬碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将硬碳原料与碱液混合，烧结，得到多孔硬碳前驱体；(2)将步骤(1)所述多孔硬碳前驱体、沥青类材料和催化剂的有机溶液进行混合，浸泡，然后通入气态碳源，烧结，得到所述硬碳复合负极材料。5.根据权利要求4所述的硬碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，硬碳原料与碱液的质量比为1:(1～10)；优选地，步骤(1)所述硬碳原料包括酚醛树脂、糠醛树脂、环氧树脂、葡萄糖、蔗糖、椰壳、环糊精、淀粉或丁苯橡胶中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述碱液的质量浓度为1～10wt％；优选地，步骤(1)所述碱液包括氢氧化钾溶液和/或氢氧化钠溶液；优选地，步骤(1)所述混合的时间为0.5～10h；优选地，步骤(1)所述混合后，对混合后的溶液进行离心和干燥；优选地，步骤(1)所述烧结在保护性气氛下进行；优选地，步骤(1)所述烧结的温度为600～1000℃；优选地，步骤(1)所述烧结的时间为1～6h。6.根据权利要求4或5所述的硬碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述多孔硬碳前驱体的孔隙率为10～50％；优选地，步骤(1)所述多孔硬碳前驱体的孔径大小为1～50nm。7.根据权利要求4‑6任一项所述的硬碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，催化剂、沥青类材料与多孔硬碳前驱体的质量比为(1～5):(5～15):100；优选地，步骤(2)所述催化剂的有机溶液中催化剂的质量分数为0.5～5wt％；优选地，步骤(2)所述催化剂的有机溶液中的催化剂包括氯化铁、氯化镍或氯化钴中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(2)所述催化剂的有机溶液中的有机溶剂包括机熔剂N‑甲基吡咯烷酮、四氯化碳、环己烷、四氢呋喃或n,n‑二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的组合。8.根据权利要求4‑7任一项所述的硬碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述浸泡的时间为12～72h；优选地，步骤(2)所述烧结的温度为700～1000℃；优选地，步骤(2)所述烧结的时间为1～6h。9.根据权利要求4‑8任一项所述的硬碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述制2CN114447304A权利要求书2/2页备方法包括以下步骤：(1)将硬碳原料与质量浓度为1～10wt％的碱液以1:(1～10)的质量比混合0.5～10h，离心，干燥，在保护性气氛下以600～1000℃的烧结温度烧结1～6h，得到多孔硬碳前驱体；(2)将步骤(1)所述多孔硬碳前驱体、沥青类材料和质量浓度为0.5～5wt％的催化剂的有机溶