一种硬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CN114142011A(43)申请公布日2022.03.04(21)申请号202111433770.1C01B32/198(2017.01)(22)申请日2021.11.29C01B25/45(2006.01)C01G51/00(2006.01)(71)申请人蜂巢能源科技有限公司地址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代理人牛海燕(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)C01G53/00(2006.01)C01B32/05(2017.01)权利要求书2页说明书8页(54)发明名称一种硬碳复合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材料及其制备方法和应用，所述硬碳复合材料包括内核和外壳，所述内核为硬碳，所述外壳包括碱金属快离子导体、导电剂和无定形碳组成的复合体，本发明通过在硬碳表面包覆碱金属快离子导体复合材料，利用碱金属快离子导体降低硬碳的比表面积及其提升材料的离子导电性，同时利用导电剂高的电子导电性、硬碳多孔结构和多的储锂点，发挥其三者之间的协同效应，提升硬碳材料的比容量、首次效率及其功率性能。CN114142011ACN114142011A权利要求书1/2页1.一种硬碳复合材料，其特征在于，所述硬碳复合材料包括内核和外壳，所述内核为硬碳，所述外壳包括碱金属快离子导体、导电剂和无定形碳组成的复合体。2.如权利要求1所述的硬碳复合材料，其特征在于，所述碱金属快离子导体的分子式为MxNyWz，其中，x为0.5～1.5，y为0.5～1.5，z为0.5～3，M为钠和/或钾，N为Ni、Co、Mn、Al、Cr、2‑2‑2‑3‑2‑Fe、Mg、V、Zn或Cu中的任意一种或至少两种的组合，W为SiO3、SO4、MoO4、PO4、TiO3或3‑ZrO4中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述导电剂包括氧化石墨烯。3.如权利要求1或2所述的硬碳复合材料，其特征在于，以所述外壳的质量为100％计，所述碱金属快离子导体的质量分数为50～80％；优选地，所述导电剂的质量分数为1～10％。4.一种如权利要求1‑3任一项所述硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将碱金属快离子导体、导电剂和有机溶剂混合，得到包覆材料；(2)将生物质原料与碱性溶液混合，过滤干燥后得到前驱体材料；(3)将包覆材料和溶剂混合得到包覆材料溶液，加入前驱体材料，经碳化处理后得到所述硬碳复合材料。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碱金属快离子导体、导电剂和有机溶剂的质量比为100:(1～5):(500～1000)；优选地，所述有机溶剂包括乙醇、甲醇、乙二醇、异丙醇、三甘醇或丙酮中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述混合的温度为100～200℃；优选地，所述混合的压力为1～5Mpa；优选地，所述混合的时间为1～6h；优选地，所述混合后进行干燥和研磨。6.如权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述生物质原料包括桃壳、稻壳、香蕉皮、瓜子壳、松果、棉花、椰壳、海藻、麦秸、海带、柳絮、花生壳、沥青、荷叶或泥炭中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述生物质原料预先进行干燥处理和粉碎处理；优选地，所述干燥处理的温度为50～150℃；优选地，所述干燥处理的时间为12～48h；优选地，所述粉碎处理后生物质原料的粒径为1～10μm。7.如权利要求4‑6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述碱性溶液包括氢氧化钠溶液；优选地，所述氢氧化钠溶液的质量浓度为1～5％；优选地，所述生物质原料和氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量比为100:(1～10)；优选地，所述混合后浸泡24～72h；优选地，所述浸泡的温度为25～100℃。8.如权利要求4‑7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述包覆材料溶液中包覆材料的质量分数为1～10％；2CN114142011A权利要求书2/2页优选地，所述碳化处理前进行过滤；优选地，所述碳化处理的气氛包括惰性气体和氟气；优选地，所述惰性气体和氟气的体积比为(0.8～1.2):(0.8～1.2)；优选地，所述碳化处理为温度为700～1000℃；优选地，所述碳化处理的时间为1～6h；优选地，所述碳化处理后进行粉碎。9.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包含如权利要求1‑3任一项所述的硬碳复合材料。10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包含如权利要求9所述的负极极片。3CN114142011A说明书1/8页一