[發明專利]一種軟硬碳復合的負極材料、其制備方法以及包含該負極材料的電容器

有效

• 申請號: 201711240094.X
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN107993853B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 章慶林;華黎;安仲勛;周義榮;陳思;李和順;方文英
• 申請（專利權）人: 上海奧威科技開發有限公司
• 主分類號: H01G11/34
• 分類號: H01G11/34;H01G11/38;H01G11/40;H01G11/50;H01G11/86
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供一種軟碳和硬碳復合的負極材料，其制備方法以及包含該負極材料的電容器。所述負極材料的制備方法包括：1)將軟碳前驅體和硬碳前驅體加熱，進行熔融混合，得到混合物；2)對步驟1)得到的混合物進行造粒，得到負極前驅體；3)對步驟2)所述負極前驅體進行碳化處理，得到所述負極材料。所述負極材料為包含軟碳和硬碳的復合負極材料，其中軟碳和硬碳互相混合，分散分布。本發明還提供包含所述負極材料的電容器。所述制備方法工序簡單、成品率高、一致性好；所述負極材料成本低，性能高，通過軟碳和硬碳的結合得到了較高充放電效率和低內阻。

技術領域

本發明屬于電化學儲能元器件領域，具體涉及一種軟硬碳復合的負極材料，其制備方法以及包含該負極材料的電容器。

背景技術

鋰離子電容器作為一種新興的新能源儲能元器件，相對傳統的雙電層電容器，既保持了超級電容器高功率長壽命的特點，同時其能量密度相對于雙電層電容器也有了較大程度的提高。

鋰離子電容器的負極材料和鋰離子電池的負極材料一樣，具有快速嵌入/脫出鋰離子的能力。為了盡可能發揮出正極雙電層電極的容量，鋰離子電容器負極材料通常需要在0.3～0V vs.Li⁺/Li電位范圍內進行鋰離子的嵌入/脫出。和鋰離子電池相比，鋰離子電容器要求負極材料具有超長壽命和高溫耐久性、超大倍率充放電能力、高的充放電比容量等特性，使得高性能的非晶碳負極成為鋰離子電容器負極材料的最佳選擇。

常見的非晶碳類負極材料有軟碳和硬碳兩大類型。軟碳是可石墨化碳，高溫下可轉化成石墨結構；硬碳是不可石墨化碳，高溫下不能轉化成石墨結構。按照Carbon 39(2001)，399-410文獻的非晶碳脫嵌鋰機理，非晶碳嵌鋰主要是由5部分組成：(ⅰ)電荷轉移(ⅱ)類石墨片層的嵌入(ⅲ)石墨片層邊緣的“簇”間隙(ⅳ)石墨片層間的微孔(ⅴ)雜原子產生的缺陷。其中，軟碳儲鋰主要是(ⅰ)(ⅱ)(ⅲ)部分，硬碳則是(ⅰ)-(ⅴ)部分。對鋰離子電容器來說，硬碳的(ⅳ)部分/軟碳的少數(ⅱ)部分是非晶碳負極材料充放電的主要電位區間。

CN200680038604最先提出一種采用聚并苯類硬碳(PAS)作為鋰離子電容器的負極材料，該負極材料在0.15～0V vs.Li⁺/Li范圍內具有良好的電化學性能。國外廠家在此專利的基礎上，率先開發出以聚并苯類非晶碳(PAS)作為負極材料的鋰離子電容器。

CN201380044862提出了一種采用植物類原材料來制備鋰離子電容器硬碳負極材料的方法。為了提高鋰離子在負極材料中的嵌入/脫出能力，優選非晶碳負極材料的比表面積在40～130m²/g。

為了滿足鋰離子電容器在0.3～0V vs.Li+/Li范圍內具有大的充放電比容量的要求，CN200680038604和CN201380044862都在盡可能提高硬碳(ⅳ)部分的容量。但是，高的(ⅳ)容量意味著硬碳材料內部更多的微孔結構，這也導致硬碳材料和鋰離子電容器的內阻增加/充放電效率降低，且存在硬碳“電壓滯后”和析鋰的風險。

WO2015157324A3提出了一種將硬碳材料和軟碳材料混合用作鋰離子電容器負極材料的方案。通過在硬碳材料中混合軟碳材料，相比使用純硬碳負極材料，鋰離子電容器表現出更好的電化學性能。然而該專利并未給出從初始原料制備這種負極材料的方法，同時該專利得到的產品電化學性能有待進一步提高。

因此，開發一種優良的軟硬碳復合負極材料的制造方法對于本領域有著重要的現實意義和工業價值。

發明內容

為解決現有技術中存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種軟硬碳復合的負極材料，其制備方法以及包含該負極材料的電容器。本發明中，所述軟硬碳復合的負極材料是指包含軟碳和硬碳的復合負極材料。本發明提供的制備方法通過熔融混合，造粒和碳化等系列步驟制備出了軟硬碳復合的負極材料，該方法成本低，工序簡單，成品率高。本發明提供的軟硬碳復合的負極材料充放電效率高，內阻低，使用該負極材料的電容器具有良好的性能。