一种硬碳材料及其制备方法、应用与流程

本申请属于电池，尤其涉及一种硬碳材料及其制备方法、应用。

背景技术：

1、硬碳是一种难以石墨化的锂离子储能负极材料，其因具有层间距大、材料来源广泛、倍率充电及低温性能优异等优点，而被应用于高功率锂离子电池等领域。但是由于硬碳自身的多孔结构及其较多的活性点，造成其材料的压实密度较低，这制约了钠离子电池的体积能量密度的提升；同时，低压实密度使得极片孔隙率高，从而电池需要更多的电解液，增加了电池重量，进一步降低电池的重量能量密度，导致电池容量低、首次库伦效率低。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种硬碳材料的制备方法，旨在解决硬碳材料压实密度低，进而导致电池容量低、首次库伦效率低的问题。

2、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：

3、第一方面，本申请提供一种硬碳材料，所述硬碳材料包含二次颗粒，该二次颗粒包括多种不同粒径的一次颗粒形成的团聚体。

4、在本申请实施例中，硬碳材料中的二次颗粒由不同粒径的一次颗粒组成，即单个二次颗粒由不同粒径的一次颗粒中的一种或多种颗粒团聚而成。本申请实施例的硬碳材料中，不同粒径的一次颗粒团聚形成二次颗粒，一方面，不同粒径的一次颗粒中，小颗粒的一次颗粒可以填充到大粒径的一次颗粒的间隙中，从而提高硬碳材料的压实密度；另一方面，一次颗粒团聚形成二次颗粒，进一步提高了一次颗粒之间的紧实度，从而进一步提高硬碳材料的压实密度。因此，本申请通过采用不同粒径的一次颗粒组成二次颗粒，可使得硬碳材料具有高压实密度；而在硬碳材料应用于负极时，高的压实密度能够有效提高负极的电化学性能，如提高电池容量、首次库伦效率。

5、第二方面，本申请提供一种硬碳材料的制备方法，包括：

6、在惰性气氛中对硬碳原料进行预碳化处理，得到预碳化产物；所述预碳化产物包括多种不同粒径的一次颗粒；

7、将所述预碳化产物与粘结剂混合，在惰性气氛中进行烧结处理，得到包含二次颗粒的硬碳材料，所述二次颗粒包括多种不同粒径的一次颗粒形成的团聚体。

8、本申请实施例的制备方法中，通过将硬碳原料预碳化处理成多种不同粒径的一次颗粒，不同粒径的预碳化产物相互配合具有良好的分散性，其中小粒径的预碳化产物可以填充到大粒径的预碳化产物的颗粒空隙之中，同时烧结过程中，粘结剂在高温下熔融流动可以更好地填充在不同粒径的预碳化产物颗粒之间的孔隙，达到提高压实密度的目的；同时粘结剂对预碳化产物的一次颗粒间进行粘结经烧结处理后，形成结构稳定的二次颗粒，二次颗粒由于粘结剂的粘结作用较一次颗粒更紧实，又可以进一步提高硬碳材料的压实密度，在进行极片辊压时硬碳材料不会发生结构的坍塌，因此将大大提高了材料的电化学性能。

9、第三方面，本申请提供一种负极极片，该负极极片包含上述硬碳材料，或如上述方法制备得到的硬碳材料。

10、由于负极极片含有上述硬碳材料，该硬碳材料具有高压实密度，可以有效改善负极极片的电化学性能，如提高负极极片的比容量和首次库伦效率。

11、第四方面，本申请提供一种二次电池，该二次电池包括上述负极极片。

12、本申请的二次电池含有上述具有高压实密度的硬碳材料，因此具有高容量、高首次库伦效率。

技术特征：

1.一种硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料包含二次颗粒，所述二次颗粒包括多种不同粒径的一次颗粒形成的团聚体。

2.根据权利要求1所述硬碳材料，其特征在于，单个所述二次颗粒包含多种中值粒径d50呈梯度分布的一次颗粒中的至少两种。

3.根据权利要求1或2所述硬碳材料，其特征在于，所述二次颗粒的中值粒径d50为2～25μm。

4.根据权利要求3所述硬碳材料，其特征在于，所述一次颗粒包括第一一次颗粒、第二一次颗粒和第三一次颗粒，所述第一一次颗粒、所述第二一次颗粒和所述第三一次颗粒的中值粒径d50分别为0.1～3μm、4～6μm和8～15μm；和/或

5.根据权利要求3所述硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料的压实密度为1.2～2g/cm3；和/或

6.根据权利要求1所述硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料包括硬碳和粘结剂碳，所述粘结剂碳为粘结剂经碳化形成的碳；所述一次颗粒的主体为硬碳，所述一次颗粒之间通过所述粘结剂碳进行团聚，形成所述二次颗粒。

7.一种硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述预碳化的温度为200～500℃，所述预碳化的时间为1～10h；和/或

9.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包含权利要求1至6中任一项所述硬碳材料，或由权利要求7或8所述方法制备得到的硬碳材料。

10.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括权利要求9所述负极极片。

技术总结
本申请属于电池技术领域，尤其涉及一种硬碳材料及其制备方法、应用。该硬碳材料包含二次颗粒，该二次颗粒包括多种不同粒径的一次颗粒形成的团聚体。本申请的硬碳材料中，不同粒径的一次颗粒团聚形成二次颗粒，一方面，不同粒径的一次颗粒中，小颗粒的一次颗粒可以填充到大粒径的一次颗粒的间隙中，从而提高硬碳材料的压实密度；另一方面，一次颗粒团聚形成二次颗粒，进一步提高了一次颗粒之间的紧实度，从而进一步提高硬碳材料的压实密度。因此，本申请通过采用不同粒径的一次颗粒组成二次颗粒，可使得硬碳材料具有高压实密度，而高的压实密度能够有效提高负极的电化学性能。

技术研发人员：赖日鑫,万远鑫,孔令涌,裴现一男,赖佳宇,谭旗清,戴浩文,骆文森
受保护的技术使用者：深圳市德方创域新能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15