硬碳材料、硬碳负极材料、电池及硬碳材料的制备方法与流程

本发明涉及电池，尤其是涉及一种硬碳材料、硬碳负极材料、电池及硬碳材料的制备方法。

背景技术：

1、相关技术中，硬碳负极材料中的硬碳材料的制备过程为：硬碳原料经过预碳化得到硬碳前驱体，再对硬碳前驱体进行高温碳化，从而获得硬碳材料。然而，相关技术中制备的硬碳材料虽然具备较高的容量，但是放电平台较低，导致电池的负极容易出现析钠的现象，不利于电池的长循环性能发挥。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种硬碳材料，该硬碳材料具有较高的放电平台和较高的容量，可以使得电池具有较大的容量，并且较高的放电平台有利于电池的长循环性能发挥。

2、本发明还提出了一种具有上述硬碳材料的硬碳负极材料。

3、本发明还提出了一种具有上述硬碳负极材料的电池。

4、本发明还提出了一种硬碳材料的制备方法。

5、根据本发明第一方面实施例的硬碳材料，所述硬碳材料的微孔包括闭孔和开孔，所述微孔是指孔径小于2nm的孔结构，所述闭孔是指与外界隔断的孔结构，所述开孔是指与外界连通的孔结构；其中，所述硬碳材料的所述开孔的微孔孔容为0.008cm3/g～0.015cm3/g和/或所述硬碳材料的所述开孔的微孔比表面积为30m2/g～70m2/g。

6、根据本发明实施例的硬碳材料，通过优化硬碳材料的微观结构，使得硬碳材料的微孔包括开孔和闭孔，硬碳材料中的闭孔可以提高硬碳材料的容量，硬碳材料中的开孔可以提高硬碳材料的放电平台，并且通过将硬碳材料的开孔的微孔孔容设置在0.008cm3/g～0.015cm3/g和/或将硬碳材料的开孔的微孔比表面积设置在30m2/g～70m2/g，使得单位质量的硬碳材料中具有较大比例的开孔，从而使得硬碳材料具有较高的放电平台且同时具有较高的容量，可以使得电池具有较大的容量，并且较高的放电平台有利于电池的长循环性能发挥。

7、根据本发明的一些实施例，所述硬碳材料的层间距d002＝0.38nm～0.40nm。

8、根据本发明的一些实施例，所述硬碳材料的克容量为290mah/g～300mah/g。

9、根据本发明的一些实施例，所述硬碳材料在5mpa下的粉末电导率大于8s/cm。

10、根据本发明第二方面实施例的硬碳负极材料，包括：根据本发明上述第一方面实施例的硬碳材料。

11、根据本发明实施例的硬碳负极材料，通过设置上述的硬碳材料，可以使得硬碳负极材料具有较高的放电平台且同时具有较高的容量，可以使得电池具有较大的容量，并且较高的放电平台有利于电池的长循环性能发挥。

12、根据本发明的一些实施例，以金属为负极材料制备半电池的负极极片，以所述硬碳负极材料为正极材料制备半电池的正极极片，将所述半电池的负极极片和所述半电池的正极极片组装成半电池；其中，所述半电池的放电平台大于38mv。

13、根据本发明第三方面实施例的电池，包括：壳体；电极组件，设于所述壳体内，所述电极组件包括负极极片和正极极片，所述负极极片包括负极集流体以及涂覆于所述负极集流体的活性物质层，所述活性物质层包括根据本发明上述第二方面实施例的硬碳负极材料。

14、根据本发明实施例的电池，负极采用上述的硬碳负极材料，可以使得电池具有较高的放电平台和较高的容量，从而可以提高电池的循环性能。

15、根据本发明第四方面实施例的硬碳材料的制备方法，包括：将硬碳原料进行预碳化，获得硬碳前驱体；将所述硬碳前驱体进行高温碳化，以第一升温速率升温至高温碳化温度并保温第一时长，其中所述第一时长的范围为5min～30min。

16、根据本发明实施例的硬碳材料的制备方法，通过将高温碳化阶段的保温时长限定在5min～30min，可以使得高温碳化阶段的保温时长较短，这样可以避免大量的开孔在高温碳化阶段完全闭合并形成闭孔，从而可以保证制备的硬碳材料中具有较大比例的开孔，从而使得硬碳材料具有较高的放电平台且同时具有较高的容量，可以使得电池具有较大的容量，并且较高的放电平台有利于电池的长循环性能发挥。

17、根据本发明的一些实施例，所述第一升温速率的范围为50℃/min～150℃/min，所述高温碳化温度的范围为1100℃～1400℃。

18、根据本发明的一些实施例，将所述硬碳原料进行预碳化，包括：以第二升温速率升温至预碳化温度并保温第二时长，其中所述第二升温速率的范围为1℃/min～3℃/min，所述预碳化温度的范围为600℃～800℃，所述第二时长的范围为1h～4h。

19、根据本发明的一些实施例，所述硬碳原料包括淀粉、沥青或酚醛树脂。

20、根据本发明的一些实施例，所述硬碳材料的制备方法还包括：所述硬碳前驱体经高温碳化后，并冷却至设定温度后，以第三升温速率升温至中温保温温度并保温第三时长，获得所述硬碳材料，所述中温保温温度高于所述预碳化温度且低于所述高温碳化温度。

21、根据本发明的一些可选实施例，所述第三升温速率为1℃/min～5℃/min，所述中温保温温度为1000℃～1100℃，所述第三时长为6h～18h。

22、根据本发明的一些实施例，所述硬碳材料为根据本发明上述第一方面实施例的硬碳材料。

23、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料的微孔包括闭孔和开孔，所述微孔是指孔径小于2nm的孔结构，所述闭孔是指与外界隔断的孔结构，所述开孔是指与外界连通的孔结构；

2.根据权利要求1所述的硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料的层间距d002＝0.38nm～0.40nm。

3.根据权利要求1所述的硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料的克容量为290mah/g～300mah/g。

4.根据权利要求1所述的硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料在5mpa下的粉末电导率大于8s/cm。

5.一种硬碳负极材料，其特征在于，包括：根据权利要求1-4中任一项所述的硬碳材料。

6.根据权利要求5所述的硬碳负极材料，其特征在于，以金属为负极材料制备半电池的负极极片，以所述硬碳负极材料为正极材料制备半电池的正极极片，将所述半电池的负极极片和所述半电池的正极极片组装成半电池；

7.一种电池，其特征在于，包括：

8.一种硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述硬碳材料为根据权利要求1-4中任一项所述的硬碳材料，所述制备方法包括：

9.根据权利要求8所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述第一升温速率的范围为50℃/min～150℃/min，所述高温碳化温度的范围为1100℃～1400℃。

10.根据权利要求8所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，将所述硬碳原料进行预碳化，包括：以第二升温速率升温至预碳化温度并保温第二时长，其中所述第二升温速率的范围为1℃/min～3℃/min，所述预碳化温度的范围为600℃～800℃，所述第二时长的范围为1h～4h。

11.根据权利要求8所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述硬碳原料包括淀粉、沥青或酚醛树脂。

12.根据权利要求8-11中任一项所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，还包括：

13.根据权利要求12所述的硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述第三升温速率为1℃/min～5℃/min，所述中温保温温度为1000℃～1100℃，所述第三时长为6h～18h。

技术总结
本发明公开了一种硬碳材料、硬碳负极材料、电池及硬碳材料的制备方法，硬碳材料的微孔包括闭孔和开孔，微孔是指孔径小于2nm的孔结构，闭孔是指与外界隔断的孔结构，开孔是指与外界连通的孔结构；其中，硬碳材料的开孔的微孔孔容为0.008cm3/g～0.015cm3/g和/或硬碳材料的开孔的微孔比表面积为30m2/g～70m2/g。根据本发明实施例的硬碳材料，具有较高的放电平台且同时具有较高的容量，可以使得电池具有较大的容量，并且较高的放电平台有利于电池的长循环性能发挥。

技术研发人员：谌庆春,王铈汶,林颖鑫,徐大为
受保护的技术使用者：厦门海辰储能科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11