[發明專利]多孔硬碳微球材料及其制備方法和扣式電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201810128040.2
• 申請日: 2018-02-08
• 公開（公告）號: CN110137494B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 楊槐;郭少軍;陳梅;梁霄;張蘭英
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/62;H01M10/054;H01M4/66
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;李彪

本發明公開了一種多孔硬碳微球材料及其制備方法以及扣式電池及其制備方法，其中多孔硬碳微球材料為硫/氧雙摻雜的多孔硬碳微球材料，所述硫/氧雙摻雜的多孔硬碳微球材料的尺寸在0.2～8μm之間，比表面積大于500m²/g，且具有微孔/介孔復合的多級孔道結構。本發明通過調節制備過程中各參數，實現對硫/氧雙摻雜的多孔硬碳微球材料的有效調控，并將其用作鉀離子電池負極材料。本發明原料價廉易得，合成方法簡單，可控性高，且易于大規模生產。將改材料用作鉀離子電池負極材料，表現出了優異的電化學性能。

技術領域

本發明屬于電極/電池陰極材料制備領域，具體涉及多孔硬碳微球材料、多孔硬碳微球材料的制備方法、制備扣式電池的方法和扣式電池。

背景技術

鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長和無污染等突出優點，已經成為電池市場的主流，并開始應用于驅動電動汽車。但隨著鋰離子電池的大規模應用，鋰的價格及其資源的有限性越來越為人們所擔憂。由于鉀資源非常豐富、成本低，因此在價格因素比能量密度更為關鍵的應用場合中，鉀離子電池被認為是鋰離子電池的廉價替代品。電池的能量密度和壽命等性能主要由其電極材料決定，因而開發高性能的電極材料已成為電池研究的熱點。在負極材料方面，碳材料因其良好的化學穩定性、導電性、導熱性、熱穩定性、低成本等優點被認為是最有前景的實用材料之一。

在形貌各異的碳材料中，碳微球的制備條件相對簡單，原料來源廣泛，產率高，成本低廉，具備均勻的球狀形貌、高機械強度、高堆積密度、高流動性以及優異的導電性。研究發現，由于硬碳材料具備較大的晶面間距和不易擴展的碳結構從而有利于尺寸較大的鉀離子嵌入電極材料并有利于降低電極的結構膨脹從而增加電池的循環穩定性，因此硬碳材料是一種較為理想的鉀離子電池負極材料。除此之外，摻雜碳材料作為對純碳進行除碳元素外的其他元素摻雜改性得到的產物，除了具備純碳所具有優勢之外，摻雜還可以賦予材料更好的親水性、更高的導電性、更多的活性位點等特性，在電化學領域有著廣闊的應用前景。另一方面，增加電極材料的比表面積和孔道分布，有利于增加電解液與電極的接觸面積、縮短離子的傳輸距離、提高電子的擴散速率等。基于上述幾點，新型的雜原子摻雜的、多孔的、硬碳微球材料是一種理想的用于高性能鉀離子電池的負極材料。

目前通過高溫碳化聚合物微球得到碳微球的制備方法及在鉀離子電池中的應用研究工作非常少，且對于摻雜碳微球材料的儲鉀的結構與性能的構效關系也未可知，這大大制約了鉀離子電池負極材料的進一步應用。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷，本專利提供了一種新型的用作鉀離子電池負極的硫/氧雙摻雜的多孔硬碳微球材料的制備方法，旨在為制備高性能的鉀離子電池提供新的解決方案。

本發明目的之一在于提供一種硫/氧雙摻雜的多孔硬碳微球材料，所述硫/氧雙摻雜的多孔硬碳微球材料的尺寸在0.2～8μm之間，比表面積大于500m²/g，且具有微孔/介孔復合的多級孔道結構。

本發明另一目的在于提供上述硫/氧雙摻雜的多孔硬碳微球材料所述孔硬碳微球材料的制備方法，包括：

以在液晶/環氧單體/硫醇固化劑體系中原位合成的聚合物微球為前驅體，采取碳化-蝕刻方法制備得到硫/氧雙摻雜的多孔硬碳微球材料。

作為上述技術方案的一個較好的選擇，所制備的聚合物微球前驅體的尺寸在0.5～10μm之間可控。所述制備硫/氧雙摻雜的多孔硬碳微球負極材料的環氧樹脂型聚合物微球前驅體的制備方法以及多孔硬碳微球材料為現有技術所報道，具體如專利申請201710181685.8所述。

作為上述方法一種更好的選擇，制備硫/氧雙摻雜的多孔硬碳微球負極材料制備方法具體包括如下步驟：

(1)在液晶/環氧單體/硫醇固化劑體系中，利用熱聚合誘導相分離方法，原位制備環氧樹脂型聚合物微球；