一种无定形炭负极材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术提供了一种无定形炭负极材料及其制备方法和用途。所述无定形炭负极材料包括泡沫型炭骨架和镶嵌在所述泡沫型炭骨架中的炭素颗粒，所述无定形炭负极材料的表面包含大孔和超微孔。所述制备方法包括：(1)将炭素颗粒与有机络合物反应，得到溶胶；(2)在溶胶中加入固化膨胀剂，进行反应，得到复合材料；(3)将复合材料烧结后，得到所述无定形炭负极材料。该材料具有类似荷叶表面的“凹凸”结构，这种特殊结构不仅能抗吸附性，还能为反应离子提供快速扩散的通道，在储能应用中表现出优异的大倍率长循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种无定形炭负极材料及其制备方法和用途
本专利技术属于储能材料
，涉及一种负极材料及其制备方法和用途，尤其涉及一种无定形炭负极材料及其制备方法和用途。
技术介绍
出于绿色环保的理念和消费者的要求，电动汽车、智能电网、手机、笔记本电脑等的发展越来越依赖于锂离子电池的开发。现阶段，商业化锂离子电池负极材料以炭素材料为主，其比容量高(200～400mAh·g-1)，电极电位低(＜1.0VvsLi+/Li)，循环性能好(1000周以上)，理化性能稳定。根据结晶程度的不同，炭素材料可以分为石墨材料与无定形炭材料两大类。其中，石墨材料因其导电性好，结晶度高，层状结构稳定，适合锂的嵌入-脱嵌等特点，成为理想的锂电负极材料。目前，石墨负极材料的可逆容量值已接近理论容量值372mAh/g，且石墨材料的结构稳定性差，与电解液的相容性差，以及Li+在其有序的层状结构中扩散速度慢等问题，导致传统的石墨负极材料已难以胜任快速充电和大倍率放电的锂离子动力电池的需求。因而，具有高导电性，和优异结构稳定性的无定形炭负极材料成为研究人员的开发重点。r>无定形炭材料具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无定形炭负极材料，其特征在于，所述无定形炭负极材料包括泡沫型炭骨架和镶嵌在所述泡沫型炭骨架中的炭素颗粒，所述无定形炭负极材料的表面包含大孔和超微孔。/n

【技术特征摘要】
1.一种无定形炭负极材料，其特征在于，所述无定形炭负极材料包括泡沫型炭骨架和镶嵌在所述泡沫型炭骨架中的炭素颗粒，所述无定形炭负极材料的表面包含大孔和超微孔。


2.根据权利要求1所述的无定形炭负极材料，其特征在于，所述无定形炭负极材料具有毛糙结构；
优选地，所述无定形炭负极材料为一体化自支撑结构；
优选地，所述无定形炭负极材料具有三维分级孔结构。


3.根据权利要求1或2所述的无定形炭负极材料，其特征在于，所述炭素颗粒的质量占无定形炭负极材料总质量的70-98％，优选为80-95％；
优选地，所述泡沫型炭骨架的厚度为0-1.5μm且不包含0；
优选地，所述大孔的孔径为0.2-3μm；
优选地，所述超微孔的孔径为0-1.0nm且不包括0，优选为0-0.6nm且不包括0；
优选地，无定形炭负极材料的总孔容为0.5-2.0cm3/g；
优选地，所述无定形炭负极材料中，超微孔的孔容占总孔容的30-85％；
优选地，所述无定形炭负极材料中，大孔的孔容占总孔容的13-70％；
优选地，所述无定形炭负极材料的中值粒径为8.0-40.0μm，优选为15.0-30.0μm；
优选地，所述炭素颗粒的中值粒径为0.2-3.0μm，优选为0.5-2.0μm；
优选地，所述无定形炭负极材料的比表面积为1-50m2/g，优选为1-35m2/g；
优选地，所述无定形炭负极材料与水的粉体接触角为40-85°。


4.一种如权利要求1-3任一项所述无定形炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将炭素颗粒与有机络合物反应，得到溶胶；
(2)在步骤(1)所述溶胶中加入固化膨胀剂，进行反应，得到复合材料；
(3)将步骤(2)所述复合材料烧结后，得到所述无定形炭负极材料。


5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，步骤(1)所述炭素颗粒的中值粒径为0.2-3.0μm，优选为0.5-2.0μm；
优选地，步骤(1)所述炭素颗粒与有机络合物的质量比为1:(0.5～8)，优选为1:(1～6)；
优选地，步骤(1)所述将炭素颗粒与有机络合物反应的方法包括：将炭素颗粒加入到有机络合物的溶液中，加热反应，得到所述溶胶；
优选地，所述有机络合物的溶液中，有机络合物的质量分数为10-90％，优选为40-70％；
优选地，所述有机络合物包括蔗糖、淀粉、明胶、热塑性酚醛树脂、聚吡咯、聚苯胺或聚乙烯醇中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述有机络合物的溶液中，溶剂包括水、醚、醇、酮或四氢呋喃中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述加热反应的反应温度为40-100℃；
优选地，所述加热反应的反应时间为1-12h；
优选地，所述加热反应伴有搅拌；
优选地，所述加热用油浴锅进行；
优选地，所述搅拌的搅拌速率为10-90r/min，优选为30-60r/min。


6.根据权利要求4或5所述制备方法，其特征在于，步骤(2)所述固化膨胀剂包括碳酸氢钠、碳酸钠、草酸钠或碳酸钙中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(2)所述固化膨胀剂与炭素颗粒的质量比为(0.02～0.8):1，优选为(0.05～0.5):1；
优选地，步骤(2)所述进行反应的方法包括：加热固化膨胀剂后，进行混合，之后停止混合操作进行加热反应，反应后干燥，得到所述复合材料；
优选地，所述混合的方法为搅拌混合；
优选地，所述搅拌混合的搅拌速率为10-90r/min，优选为30-60r/min；
优选地，所述混合的时间为0.5-3h；
优选地，所述加热反应的反应温度为60-300℃；
优选地，所述加热反应的反应时间为0.5-10h；
优选地，所述干燥的方法为冷却干燥或超临界干燥。


7.根据权利要求4-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述烧结在保护性气氛下进行；
优选地，所述保护性气氛包括氮气气氛、氦气气氛、氖气气氛、氩气气氛或氙气气氛中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(3)所述烧结的温度为600-1500℃；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡龙丰，汪福明，徐晓东，任建国，贺雪琴，
申请(专利权)人：贝特瑞新材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44