[發明專利]一種硬碳負極材料及其制備方法、負極極片及電池

有效

• 申請號: 201810537205.1
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108878805B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 解明
• 申請（專利權）人: 寧波柔創納米科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/133;H01M10/0525;H01M10/054
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 張濤

1.一種硬碳負極材料，該硬碳負極材料包括硬碳球基體，其特征在于：于所述硬碳球基體上的表面官能團位置和表面缺陷位置包覆有氧化物層；于所述硬碳球基體的表面除設置氧化物層位置外以及所述氧化物層的表面均包覆有瀝青炭化物層或酚醛樹脂炭化物層；

采用原子層沉積法在硬碳球基體上的表面官能團位置和表面缺陷位置包覆氧化物層；

具體為：S11，將硬碳球基體粉末放入多孔容器中；將多孔容器放入ALD反應室中，然后反復抽真空、置換氮氣至少三次；將硬碳球基體粉末在氮氣或氬氣的氣氛下進行流化，流化壓力為1-1000torr，或者通過將多孔容器旋轉達到粉末分散效果；

S12，加熱使反應室溫度到300～1000開爾文，在設定溫度下保持5～30min，反應腔內的氣壓低于0.01個大氣壓；

S13，打開出氣閥，脈沖清掃氣，清掃3～60s；

S14，關閉出氣閥，脈沖氣態前驅體A或者前驅體A與攜帶氣的混合物，時間為0.01～10秒，接著保持一段時間1秒～5分鐘；

S15，然后打開出氣閥，脈沖清掃氣，清掃0.1～1分鐘；關閉出氣閥，抽真空，移去多余的反應副產物；

S16，關閉出氣閥，脈沖氣態前驅體B或者前驅體B與攜帶氣的混合物，時間為 0.01～10秒，接著保持一段時間1秒～5分鐘；

S17，然后打開出氣閥，脈沖清掃氣，清掃0.1～1分鐘；關閉出氣閥，抽真空，移去多余的反應副產物；

S18，返回步驟S14循環執行S14以下步驟，直到硬碳球基體表面的氧化物層的厚度達到要求為止；

其中，前驅體A為金屬鹵化物或金屬有機配合物；所述清掃氣為氮氣或氬氣；所述攜帶氣為氮氣或氬氣；前驅體B為水、氧氣、臭氧、雙氧水中的任意一種；其中金屬為Al、Mg、Zr、Hf、Nb中的任意一種；

所述氧化物層為氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、氧化鉿、氧化鈮中的任意一種。

2.如權利要求1所述的一種硬碳負極材料，其特征在于：所述氧化物層的厚度為0.1~2nm。

3.如權利要求1所述的一種硬碳負極材料，其特征在于：所述瀝青炭化物層或酚醛樹脂炭化物層的厚度為1~100nm。

4.一種硬碳負極材料的制備方法，其特征在于：采用原子層沉積法在硬碳球基體上的表面官能團位置和表面缺陷位置包覆氧化物層；于所述硬碳球基體的表面除設置氧化物層位置外以及所述氧化物層的表面均包覆有瀝青炭化物層或酚醛樹脂炭化物層；

具體為：S11，將硬碳球基體粉末放入多孔容器中；將多孔容器放入ALD反應室中，然后反復抽真空、置換氮氣至少三次；將硬碳球基體粉末在氮氣或氬氣的氣氛下進行流化，流化壓力為1-1000torr，或者通過將多孔容器旋轉達到粉末分散效果；

S12，加熱使反應室溫度到300～1000開爾文，在設定溫度下保持5～30min，反應腔內的氣壓低于0.01個大氣壓；

S13，打開出氣閥，脈沖清掃氣，清掃3～60s；

S14，關閉出氣閥，脈沖氣態前驅體A或者前驅體A與攜帶氣的混合物，時間為0.01～10秒，接著保持一段時間1秒～5分鐘；

S15，然后打開出氣閥，脈沖清掃氣，清掃0.1～1分鐘；關閉出氣閥，抽真空，移去多余的反應副產物；

S16，關閉出氣閥，脈沖氣態前驅體B或者前驅體B與攜帶氣的混合物，時間為 0.01～10秒，接著保持一段時間1秒～5分鐘；

S17，然后打開出氣閥，脈沖清掃氣，清掃0.1～1分鐘；關閉出氣閥，抽真空，移去多余的反應副產物；

S18，返回步驟S14循環執行S14以下步驟，直到硬碳球基體表面的氧化物層的厚度達到要求為止；

其中，前驅體A為金屬鹵化物或金屬有機配合物；所述清掃氣為氮氣或氬氣；所述攜帶氣為氮氣或氬氣；前驅體B為水、氧氣、臭氧、雙氧水中的任意一種；其中金屬為Al、Mg、Zr、Hf、Nb中的任意一種；

所述氧化物層為氧化鋁、氧化鎂、氧化鋯、氧化鉿、氧化鈮中的任意一種。

5.如權利要求4所述的一種硬碳負極材料的制備方法，其特征在于：將瀝青或者酚醛樹脂與表面官能團位置和表面缺陷位置包覆有氧化物層的硬碳球基體混合，在真空中炭化后，再進行熱處理，即得所述硬碳負極材料。