一种硬碳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CN113800496A(43)申请公布日2021.12.17(21)申请号202110903683.1H01M10/0525(2010.01)(22)申请日2021.08.06H01M10/054(2010.01)(71)申请人深圳市德方纳米科技股份有限公司地址518071广东省深圳市南山区桃源街道福光社区留仙大道3370号南山智园崇文园区1号楼1001(72)发明人裴现一男赵中可孔令涌万远鑫陈心怡谭旗清赖佳宇张莉任望保(74)专利代理机构北京睿阳联合知识产权代理有限公司11758代理人杨金贤景鹏(51)Int.Cl.C01B32/05(2017.01)H01M4/587(2010.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种硬碳材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明属于电池材料技术领域，具体公开了一种硬碳材料，以及其制备方法和应用。本发明提供的硬碳材料是呈不规则块状的蜂巢状多孔材料，硬碳材料内部具有介孔和微孔二级多孔结构。硬碳材料通过将碳源与模板剂混合，制备成固体反应物；之后将固体反应物置于惰性气体气氛进行预碳化处理；然后将预碳化处理后的材料破碎成粉末，去除模板剂进行造孔后再干燥得到前驱体材料；前驱体材料在惰性气体中进行热处理，得到硬碳材料。本发明方法制得的硬碳材料具有大的层间距和丰富的纳米多孔结构，为锂离子或钠离子的传输提供了更多通道，同时为离子嵌入和脱出提供了更多的活性位点和储锂或储钠空间，制成的二次电池具有高的容量和稳定的循环性能。CN113800496ACN113800496A权利要求书1/2页1.一种硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将碳源与模板剂混合制成固体反应物：所述碳源为高分子聚合物、石油化工产品、生物质材料中的至少一种；优选地，所述高分子聚合物任意选自聚丙烯腈、酚醛树脂、环氧树脂、聚对苯二甲酸乙二酯、聚糠醇中的至少一种；所述石油化工产品任意选自天然沥青、煤基沥青、石油基沥青、氧化沥青中的至少一种；所述生物质材料任意选自葡萄糖、淀粉、蔗糖、纤维素、木质素、植物残渣中的任意一种或几种；所述模板剂为高熔点水溶性盐；优选地，所述模板剂任意选自氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙、氯化铜、氯化锰、碳酸钠、碳酸钾、硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、硫酸铝中的至少一种；(2)将步骤(1)获得的固体反应物置于惰性气体气氛中进行预碳化处理；(3)将步骤(2)处理后的材料破碎成粉末，去除水溶性的模板剂以进行造孔，然后经干燥得到前驱体材料；(4)所述前驱体材料在惰性气体气氛中进行热处理，得到硬碳材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳源与所述模板剂的质量配比为100：(1～30)。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述预碳化处理温度为500～900℃；优选地，所述预碳化处理的升温速率为0.5～10℃/min，和/或，所述预碳化处理的处理时间为1～10h。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中采用水洗去除水溶性模板剂；优选地，水洗得到的含模板剂溶液经分离纯化分别得到模板剂和净化水，所述模板剂和所述净化水循环使用。5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述热处理的温度为1000～1800℃；优选地，所述热处理采用的升温速率为0.5～10℃/min，和/或，所述热处理时间为1～10h。6.根据权利要求1～5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)制备所述固体反应物时，加入碳源溶解用溶剂。7.一种硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料为蜂巢状多孔硬碳材料，其内部具有二级多孔结构，包括介孔和微孔；其中，所述硬碳材料的粒径为1～200μm，所述介孔的直径为2～50nm，所述微孔的直径≤2nm；优选地，所述硬碳材料由权利要求1～6任一项所述的制备方法制得。8.权利要求1～6任一项所述的制备方法制得的硬碳材料或者权利要求7所述的硬碳材料在制备二次电池中的应用，优选地，作为二次电池负极材料的应用。9.一种由权利要求1～6任一项所述的制备方法制得的硬碳材料或者权利要求7所述的硬碳材料制备的二次电池负极片；2CN113800496A权利要求书2/2页优选地，所述负极片通过包括以下步骤的制备方法制得：(1)利用权利要求1～6任一项所述的制备方法制得的硬碳材料或者权利要求7所述的硬碳材料；和(2)将步骤(1)制备得到的硬碳材料，与导电剂和粘结剂在溶剂存在下按比例混合，以制备二次电池的负极片。10.一种二次电池，其特征在于，包括权利要求9所述的负极片；优选地，所述二次电池为锂离子电池或钠离子电池。3CN113800496A说明书1/7页一种硬碳材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉