含碳原料组合物及其应用和碳材料及其制备方法和应用以及锂离子电池负极和锂离子电池技术

本发明专利技术涉及碳材料领域，具体提供了一种含碳原料组合物及其应用，该组合物包括：软碳前驱体、硬碳前驱体和石墨。本发明专利技术提供了一种碳材料及其制备方法和应用，该方法包括：(1)将软碳前驱体、硬碳前驱体、石墨、溶剂混合为均相物；(2)去除均相物中的溶剂，得到固体混合物；(3)将所述固体混合物可选的进行稳定化，然后进行预烧、可选的进行球磨；(4)将步骤(3)得到的物料进行炭化。本发明专利技术提供了一种锂离子电池负极和锂离子电池。本发明专利技术的碳材料制备方法简单，可操作性强，原材料价格低廉，开发成本低且综合性能高。

【技术实现步骤摘要】
含碳原料组合物及其应用和碳材料及其制备方法和应用以及锂离子电池负极和锂离子电池
本专利技术涉及一种含碳原料组合物及其应用，以及一种碳材料的制备方法以及一种由本专利技术的方法制备得到的碳材料及其应用，以及一种锂离子电池负极和一种锂离子电池。
技术介绍
石墨，层状结构，导电性好，库仑效率高，理论比容量为372mAh/g，但倍率性能较差；硬碳，无定型结构，功率特性好，但库仑效率通常偏低；软碳，属无定型结构，相对硬碳有序，在高温下可以石墨化。碳负极材料被广泛应用于锂离子电池。目前主要的碳负极材料有结晶型碳(包括天然石墨、人造石墨等)和无定型碳(包括软碳、硬碳等)。其中占主导地位的负极材料是石墨，它具有比较规则的层状结构，导电性好，理论比容量为372mAh/g。但是石墨受限于其扩散系数，在大电流充放电条件下，锂离子的扩散速率不可能很快，倍率性能较差，而在无定型碳中锂离子的嵌入和脱出比较自由，锂离子的扩散速率比较快，倍率性能较高；CN103872294A采用将粘结剂在石墨表面搭建骨架，再进行热处理，再通过粉碎-分级-球化、除磁和筛分处理，得到复合材料。CN104091934A采用涂覆和包覆方法制得多壳层的核-壳结构多元复合负极材料，内核为石墨与涂覆在石墨表面的纳米活性物质构成，第一壳层为导电碳材料，第二壳层为纳米活性物质，第三壳层为导电碳材料包覆层。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备方法简单，可操作性强，原材料价格低廉，开发成本低且综合性能高的碳材料。为实现前述目的，根据本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种含碳原料组合物，该组合物包括：软碳前驱体、硬碳前驱体和石墨。根据本专利技术的第二方面，本专利技术提供了本专利技术所述的组合物在制备碳材料中的应用。根据本专利技术的第三方面，本专利技术提供了一种碳材料的制备方法，该方法包括：(1)将软碳前驱体、硬碳前驱体、石墨、溶剂混合为均相物；(2)去除均相物中的溶剂，得到固体混合物；(3)将所述固体混合物可选的进行稳定化，然后进行预烧、可选的进行球磨；(4)将步骤(3)得到的物料进行炭化。根据本专利技术的第四方面，本专利技术提供了一种按照本专利技术的方法制备得到的碳材料。根据本专利技术的第五方面，本专利技术提供了本专利技术所述的碳材料在作为电池负极材料中的应用。根据本专利技术的第六方面，本专利技术提供了一种锂离子电池负极，该负极的材料包括本专利技术所述的碳材料。根据本专利技术的第七方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，该锂离子电池的负极材料包括本专利技术所述的碳材料。本专利技术所述的组合物特别适合于制备碳材料，制备得到的碳材料应用广泛，例如可以用于作为电极材料尤其是负极材料例如锂离子电池负极材料，其能够在实现高容量输出的同时保持较高的库仑效率和高的功率输出。本专利技术的碳材料制备方法简单，可操作性强，原材料价格低廉，开发成本低且综合性能高。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。如前所述，本专利技术提供了一种含碳原料组合物，该组合物包括：软碳前驱体、硬碳前驱体和石墨。根据本专利技术的一种优选实施方式，优选以组合物的总重计，所述软碳前驱体的含量为0.001-80重量％，所述硬碳前驱体的含量为0.001-80重量％，所述石墨的含量为10-70重量％。根据本专利技术，优选所述软碳前驱体的含量为10-70重量％，所述硬碳前驱体的含量为0.1-60重量％，所述石墨的含量为20-60重量％。根据本专利技术的组合物，所述软碳前驱体的种类的可选范围较宽，例如可以选自煤基沥青、石油基沥青、中间相沥青、石油焦、针状焦和碳纤维中的一种或多种。在本专利技术的实施例中，使用煤基沥青作为示例性说明本专利技术的优势。根据本专利技术的组合物，所述硬碳前驱体的种类的可选范围较宽，例如选自环氧树脂、酚醛树脂、间苯、交联聚烯烃、糖类、聚偏氟乙烯、聚硫醚苯、聚氯乙烯、聚糠醇树脂、棉布和秸秆中的一种或多种。在本专利技术的实施例中，使用酚醛树脂作为示例性说明本专利技术的优势。本专利技术提供了一种本专利技术所述的组合物在制备碳材料中的应用。本专利技术所述的组合物特别适合于制备碳材料，制备得到的碳材料应用广泛，例如可以用于作为电极材料尤其是负极材料例如锂离子电池负极材料，其能够在实现高容量输出的同时保持较高的库仑效率和高的功率输出。采用本专利技术的组合物制备碳材料均可实现本专利技术的目的，根据本专利技术的一种优选实施方式，本专利技术提供了一种碳材料的制备方法，该方法包括：(1)将软碳前驱体、硬碳前驱体、石墨、溶剂混合为均相物；(2)去除均相物中的溶剂，得到固体混合物；(3)将所述固体混合物可选的进行稳定化，然后进行预烧、可选的进行球磨；(4)将步骤(3)得到的物料进行炭化。根据本专利技术的方法，按照前述技术方案进行可以有效实现本专利技术的目的，为了进一步提高制备得到的碳材料的综合性能，优选以所述软碳前驱体、硬碳前驱体、石墨的用量总量为基准，所述软碳前驱体的含量为0.001-80重量％，所述硬碳前驱体的含量为0.001-80重量％，所述石墨的含量为10-70重量％。根据本专利技术的方法，优选所述软碳前驱体的含量为10-70重量％，所述硬碳前驱体的含量为0.1-60重量％，所述石墨的含量为20-60重量％。根据本专利技术的方法，去除均相物中的溶剂的方法可以为本领域的常规技术，例如可以进行加热挥发、超声。根据本专利技术的方法，所述软碳前驱体的种类的可选范围较宽，例如可以选自煤基沥青、石油基沥青、中间相沥青、石油焦、针状焦和碳纤维中的一种或多种。在本专利技术的具体实施例中使用煤基沥青作为示例，说明本专利技术的优势。根据本专利技术的方法，所述硬碳前驱体的种类的可选范围较宽，例如选自环氧树脂、酚醛树脂、间苯、交联聚烯烃、糖类、聚偏氟乙烯、聚硫醚苯、聚氯乙烯、聚糠醇树脂、棉布和秸秆中的一种或多种。在本专利技术的具体实施例中使用酚醛树脂作为示例，说明本专利技术的优势。根据本专利技术的方法，所述溶剂种类的可选范围较宽，能够使软碳前驱体、硬碳前驱体、石墨混合为均相且不破坏三种材料的性质即可，例如可以选自四氢呋喃、二甲苯、甲苯、四氯化碳、汽油和松香水的一种或多种。根据本专利技术的方法的一种优选实施方式，将软碳前驱体、硬碳前驱体、石墨、溶剂混合的步骤包括：将硬碳前驱体、软碳前驱体与溶剂混合后再与石墨混合。按照前述步骤混合能够使制备得到的碳材料更加适合于作为电极材料。根据本专利技术的方法，稳定化的目的在于将混合后的固体均相物与空气充分接触，优选稳定化的条件包括：温度为100-500℃，更优选时间为1-50h。优选稳定化的气氛为含氧气氛，例如为空气气氛。根据本专利技术的方法，预烧的目的在于去除大部分的非固定碳组分，优选预烧的条件包括：温度为300-900℃，更优选时间为1-24h。优选预烧的气氛为惰性气氛，例如为氮气气氛。根据本专利技术的方法，炭化指的是进一步去除非固定碳组分和成型复合碳材料，优选炭化的条件包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含碳原料组合物，其特征在于，该组合物包括：软碳前驱体、硬碳前驱体和石墨。

【技术特征摘要】
1.一种含碳原料组合物，其特征在于，该组合物包括：软碳前驱体、硬碳前驱体和石墨。2.根据权利要求1所述的组合物，其中，以组合物的总重计，所述软碳前驱体的含量为0.001-80重量％，所述硬碳前驱体的含量为0.001-80重量％，所述石墨的含量为10-70重量％；优选所述软碳前驱体的含量为10-70重量％，所述硬碳前驱体的含量为0.1-60重量％，所述石墨的含量为20-60重量％。3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中，所述软碳前驱体选自煤基沥青、石油基沥青、中间相沥青、石油焦、针状焦和碳纤维中的一种或多种；所述硬碳前驱体选自环氧树脂、酚醛树脂、间苯、交联聚烯烃、糖类、聚偏氟乙烯、聚硫醚苯、聚氯乙烯、聚糠醇树脂、棉布和秸秆中的一种或多种。4.权利要求1-3中任意一项所述的组合物在制备碳材料中的应用。5.一种碳材料的制备方法，其特征在于，该方法包括：(1)将软碳前驱体、硬碳前驱体、石墨和溶剂混合为均相物；(2)去除均相物中的溶剂，得到固体混合物；(3)将所述固体混合物可选的进行稳定化，然后进行预烧、可选的进行球磨；(4)将步骤(3)得到的物料进行炭化。6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，以所述软碳前驱体、硬碳前驱体和石墨的用量总量为基准，所述软碳前驱体的含量为0.001-80重量％，所述硬碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘广宏，唐堃，张开周，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11