[發明專利]一種硬碳復合負極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210107040.0
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114447304A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 趙曉鋒;劉靜;楊紅新
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 牛海燕

1.一種硬碳復合負極材料，其特征在于，所述硬碳復合負極材料包括內核與包覆于所述內核表面的外殼，所述內核包括多孔硬碳材料以及位于所述多孔硬碳材料的多孔結構中的碳納米管，所述外殼包括碳納米管和無定形碳，所述內核中的碳納米管與多孔硬碳材料通過化學鍵連接。

2.根據權利要求1所述的硬碳復合負極材料，其特征在于，所述外殼的質量占所述硬碳復合負極材料的質量的5～15wt％。

3.根據權利要求1或2所述的硬碳復合負極材料，其特征在于，所述外殼中，碳納米管和無定形碳的質量之比為(1～5):(95～99)。

4.一種如權利要求1-3任一項所述的硬碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將硬碳原料與堿液混合，燒結，得到多孔硬碳前驅體；

(2)將步驟(1)所述多孔硬碳前驅體、瀝青類材料和催化劑的有機溶液進行混合，浸泡，然后通入氣態碳源，燒結，得到所述硬碳復合負極材料。

5.根據權利要求4所述的硬碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，硬碳原料與堿液的質量比為1:(1～10)；

優選地，步驟(1)所述硬碳原料包括酚醛樹脂、糠醛樹脂、環氧樹脂、葡萄糖、蔗糖、椰殼、環糊精、淀粉或丁苯橡膠中的任意一種或至少兩種的組合；

優選地，步驟(1)所述堿液的質量濃度為1～10wt％；

優選地，步驟(1)所述堿液包括氫氧化鉀溶液和/或氫氧化鈉溶液；

優選地，步驟(1)所述混合的時間為0.5～10h；

優選地，步驟(1)所述混合后，對混合后的溶液進行離心和干燥；

優選地，步驟(1)所述燒結在保護性氣氛下進行；

優選地，步驟(1)所述燒結的溫度為600～1000℃；

優選地，步驟(1)所述燒結的時間為1～6h。

6.根據權利要求4或5所述的硬碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述多孔硬碳前驅體的孔隙率為10～50％；

優選地，步驟(1)所述多孔硬碳前驅體的孔徑大小為1～50nm。

7.根據權利要求4-6任一項所述的硬碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，催化劑、瀝青類材料與多孔硬碳前驅體的質量比為(1～5):(5～15):100；

優選地，步驟(2)所述催化劑的有機溶液中催化劑的質量分數為0.5～5wt％；

優選地，步驟(2)所述催化劑的有機溶液中的催化劑包括氯化鐵、氯化鎳或氯化鈷中的任意一種或至少兩種的組合；

優選地，步驟(2)所述催化劑的有機溶液中的有機溶劑包括機熔劑N-甲基吡咯烷酮、四氯化碳、環己烷、四氫呋喃或n,n-二甲基甲酰胺中的任意一種或至少兩種的組合。

8.根據權利要求4-7任一項所述的硬碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述浸泡的時間為12～72h；

優選地，步驟(2)所述燒結的溫度為700～1000℃；

優選地，步驟(2)所述燒結的時間為1～6h。

9.根據權利要求4-8任一項所述的硬碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將硬碳原料與質量濃度為1～10wt％的堿液以1:(1～10)的質量比混合0.5～10h，離心，干燥，在保護性氣氛下以600～1000℃的燒結溫度燒結1～6h，得到多孔硬碳前驅體；

(2)將步驟(1)所述多孔硬碳前驅體、瀝青類材料和質量濃度為0.5～5wt％的催化劑的有機溶液以催化劑、瀝青類材料與多孔硬碳前驅體的質量比為(1～5):(5～15):100進行混合，浸泡12～72h，然后通入氣態碳源，在700～1000℃下燒結1～6h，得到所述硬碳復合負極材料。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括如權利要求1-3任一項所述的硬碳復合負極材料。