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CN113707863A(43)申请公布日2021.11.26(21)申请号202110990791.7(22)申请日2021.08.26(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(74)专利代理机构北京超凡宏宇专利代理事务所(特殊普通合伙)11463代理人王焕(51)Int.Cl.H01M4/36(2006.01)H01M4/587(2010.01)H01M4/62(2006.01)H01M10/0525(2010.01)C01B32/00(2017.01)权利要求书2页说明书7页附图1页(54)发明名称一种硬碳复合材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种硬碳复合材料及其制备方法和应用。本发明的硬碳复合材料具有核壳结构，内核包括掺杂有氮元素的硬碳，外壳包括含磷化合物；所述内核的质量为所述外壳的质量的1％～10％。本发明硬碳复合材料的内壳掺杂氮元素以提升复合材料的导电率；外壳中掺杂含磷化合物，依靠磷元素自身的高比容量提升复合材料的比容量及其首次效率，同时通过外壳含磷化合物的包覆降低内核多孔结构的比表面积，降低硬碳复合材料的整个比表面积。通过内核和外壳的搭配，得到的硬碳复合材料具有优异的电化学性能。CN113707863ACN113707863A权利要求书1/2页1.一种硬碳复合材料，其特征在于，所述硬碳复合材料具有核壳结构，所述硬碳复合材料的内核包括掺杂有氮元素的硬碳，所述硬碳复合材料的外壳包括含磷的化合物；所述内核的质量为所述外壳的质量的1％～10％。2.根据权利要求1所述的硬碳复合材料，其特征在于，所述内核和所述外壳通过化学键相连接；优选地，所述硬碳复合材料的粒径为5～20μm。3.根据权利要求1所述的硬碳复合材料，其特征在于，所述内核由包括质量比为100:(1～10):(0.5～2):(100～500)的树脂类原料、氮源、添加剂和溶剂A制备得到；优选地，所述氮源包括氨水、苯胺和吡咯中的至少一种；优选地，所述添加剂包括碳酸氢钠、碳酸氢胺、碳酸钠和碳酸铵中的至少一种；优选地，所述树脂类材料包括酚醛树脂、环氧树脂和糠醛树脂中的至少一种；优选地，所述溶剂A包括乙醇和水。4.根据权利要求1所述的硬碳复合材料，其特征在于，所述外壳由包括质量比为100:(5～20):(1000～5000)的碱性磷盐化合物、粘结剂和溶剂B制备得到；优选地，所述碱性磷盐化合物包括三聚氰胺氰尿酸盐、季戊四醇三聚氰胺磷酸酯、多聚磷酸铵和三聚氰胺焦磷酸盐中的至少一种；优选地，所述溶剂B包括乙醇、环己烷、四氯化碳、苯、甲苯、N‑甲基吡咯烷酮和丙酮中的至少一种；优选地，所述粘结剂包括聚偏二氟乙烯、丁苯橡胶、LA132粘结剂、LA133粘结剂和LA136D粘结剂中的至少一种。5.根据权利要求1～4中任一项所述的硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将碱性磷盐化合物、粘结剂、溶剂B与内核前驱体材料的混合物进行碳化处理；所述内核前驱体材料的制备方法包括：将树脂类原料、氮源、添加剂和溶剂A的混合物进行研磨和干燥，干燥后的所得物在含有氧气的气氛中进行加热处理。6.根据权利要求5所述的硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述加热处理的温度为100～300℃，所述加热处理的时间为1～24h；优选地，所述研磨为球磨，所述球磨的时间为1～24h。7.根据权利要求5所述的硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳化处理的温度为900～1400℃，所述碳化处理的时间为1～24h；优选地，所述碳化处理之前，还包括对所述碱性磷盐化合物、粘结剂、溶剂B与内核前驱体材料的混合物进行干燥处理；优选地，所述干燥处理为喷雾干燥。8.根据权利要求5～7中任一项所述的硬碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述碱性磷盐化合物、粘结剂、溶剂B与内核前驱体材料的混合物的制备方法具体包括以下步骤：将所述碱性磷盐化合物、粘结剂和溶剂B进行分散处理，得到混合浆料，再将所述混合浆料与所述内核前驱体材料进行混匀；优选地，所述分散处理的分散速度为1～100m/s，所述分散处理的分散时间为10～120min；2CN113707863A权利要求书2/2页优选地，所述混合浆料的固含量为1％～5％。9.一种负极，其特征在于，包括权利要求1～4中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，包括权利要求9所述的负极。3CN113707863A说明书1/7页一种硬碳复合材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及锂离子电池技术领域，具体而言，涉及一种硬碳复合材料及其制备方法和应用。背景技术[0002]硬碳是高分子聚合物的热解