硬碳材料及其制备方法、电化学装置及电子装置制造方法及图纸

本申请涉及一种硬碳材料及其制备方法、电化学装置及电子装置，所述硬碳材料包括多孔骨架以及至少位于多孔骨架内的第一元素和锌元素，第一元素包括氮元素、硫元素、硼元素、磷元素和硒元素中的一种或多种；第一元素相对于硬碳材料总质量的含量记为A1%；锌元素相对于硬碳材料总质的含量记为A2%，其中，硬碳材料满足：1.5≤A1/A2≤5。本申请的硬碳材料在应用于电化学装置时能够显著改善电化学装置的能量密度。密度。密度。

【技术实现步骤摘要】
硬碳材料及其制备方法、电化学装置及电子装置


[0001]本申请涉及储能
，更具体地，涉及硬碳材料及其制备方法、电化学装置及电子装置。

技术介绍

[0002]电化学装置具有能量密度高、工作电压高、重量轻等特性，故广泛应用于手机、笔记本电脑、相机等电子产品。在提升电化学装置的电化学性能的同时，其安全性能也不容忽视。随着对电子产品性能要求的提高，对电化学装置的性能要求也逐步提升。
[0003]研究发现，电化学装置内活性离子在正极活性物质和负极活性物质之间迁移是充放电的核心过程，由此负极活性物质对电化学装置的性能例如能量密度具有显著影响，而现有的负极活性物质的可逆容量和低平台容量相对较低，使得负极活性物质在应用于电化学装置时，电化学装置的能量密度较低。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种硬碳材料及其制备方法、电化学装置及电子装置，所述硬碳材料具有较高的可逆容量和低平台容量，在将硬碳材料应用于电化学装置时，可以显著改善电学装置的性能。
[0005]第一方面，本申请提出了一种硬碳材料，所述硬碳材料包括多孔骨架以及至少位于多孔骨架内的第一元素和锌元素，第一元素包括氮元素、硫元素、硼元素、磷元素和硒元素中的一种或多种；第一元素相对于硬碳材料总质量的含量记为A1%；锌元素相对于硬碳材料总质量的含量记为A2%，其中，硬碳材料满足：1.5≤A1/A2≤5。
[0006]在一些实施例中，第一元素包括氮元素，2≤A1/A2≤4.5。
[0007]在一些实施例中，第一元素包括氮元素，第一元素基于硬碳材料总质量的含量记为W1wt%，2≤W1≤5。
[0008]在一些实施例中，第一元素包括硫元素、硼元素、磷元素和硒元素中的一种或多种，2≤A1/A2≤4。
[0009]在一些实施例中，第一元素包括硫元素、硼元素、磷元素和硒元素中的一种或多种，第一元素基于硬碳材料总质量的含量记为W2wt%，2.5≤W1≤9。
[0010]在一些实施例中，锌元素相对于硬碳材料总质量的含量记为W3wt%，0.6≤W3≤1.2。
[0011]在一些实施例中，硬碳材料以锂金属为对电极，在0至2.5V vs Li
+
/Li范围内测试得到的充放电曲线中，0(vs Li
+
/Li)至0.15V (vs Li
+
/Li)的克容量记为C
11
mAh/g；0.15V(vs Li
+
/Li)至0.8V (vs Li
+
/Li)的克容量记为C
12 mAh/g，硬碳材料满足：1.6≤C
11
/C
12
≤2.1。
[0012]在一些实施例中，250≤C
11
≤350。
[0013]在一些实施例中，硬碳材料以钠金属为对电极，在0至2.5V vs Na
+
/ Na范围内测试得到的充放电曲线中，0(vs Na
+
/ Na)至0.15V (vs Na +
/ Na)的克容量记为C
21
mAh/g；
0.15V(vs Na
+
/ Na)至1.00V (vs Na +
/ Na)的克容量记为C
22 mAh/g，硬碳材料满足：3.55≤C
21
/C
22
≤3.95。
[0014]在一些实施例中，300≤C
21
≤340。
[0015]在一些实施例中，硬碳材料的X射线衍射图谱中，在2倍散射角位于15
°
至30
°
范围内存在衍射峰，衍射峰的2倍散射角<24
°
。
[0016]在一些实施例中，硬碳材料在200um*500um扫面范围内的拉曼谱图中，在1320cm
‑1至1370cm
‑1范围内存在特征峰D，在1570cm
‑1至1620cm
‑1范围内存在特征峰G，特征峰D的峰强为I
D
，特征峰G的峰强为I
G
，0.5＜I
D
/I
G
≤1.5。
[0017]在一些实施例中，硬碳材料还满足以下条件（1）和/或条件（2）：（1）硬碳材料的体积分布粒径Dv50μm满足：3≤Dv50≤15；（2）硬碳材料的体积分布粒径Dv99μm满足：10≤Dv99≤45。
[0018]在一些实施例中，硬碳材料还包括包覆于多孔骨架外的碳层。
[0019]第二方面，本申请提出了一种制备硬碳材料的方法，所述方法包括：将含碳的前驱体材料、含锌元素的致孔剂和含第一元素的第一材料均匀混合为混合体系；热处理混合体系，以使前驱体材料碳化，在碳化过程中致孔剂挥发并刻蚀前驱体材料形成多孔骨架，多孔骨架上设置有第一元素和锌元素，其中，第一元素包括氮元素、硫元素、硼元素、磷元素和硒元素中的一种或多种；第一元素相对于硬碳材料总质量的含量记为A1%；锌元素相对于硬碳材料总质量的含量记为A2%，其中，硬碳材料满足：1.5≤A1/A2≤5。
[0020]在一些实施例中，热处理包括第一热处理和第二热处理，第一热处理的温度小于第二热处理的温度。
[0021]在一些实施例中，在多孔骨架外包覆碳层。
[0022]第三方面，本申请提出了一种电化学装置，所述电化学装置包括负极极片，所述负极极片包括如本申请第一方面任一实施方式所述的硬碳材料或如本申请第二方面任一实施方式所述的方法制备得到的硬碳材料。
[0023]第四方面，本申请提出了一种电子装置，包括如本申请第三方面所述的电化学装置。
[0024]根据本申请实施例的硬碳材料，其满足1.5≤A1/A2≤5时，第一元素能够均匀分布于多孔骨架中，由于第一元素和锌元素的结合作用，使得锌元素能够均匀分布于多孔骨架中，从而使得多孔骨架中具有充足的孔道结构，且孔道分布更为均匀，有利于改善硬碳材料的可逆容量和低平台容量；从而使得硬碳材料在应用于电化学装置时能够显著改善电化学装置的能量密度。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。
[0026]图1是本申请的实施例1
‑
5锂离子电池的充放电曲线图。
具体实施方式
[0027]本申请的实施例将会被详细的描示在下文中。在本申请说明书全文中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本申请的基本理解。本申请的实施例不应该被解释为对本申请的限制。
[0028]另外，有时在本文中以范围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬碳材料，包括多孔骨架以及至少位于所述多孔骨架内的第一元素和锌元素，所述第一元素包括氮元素、硫元素、硼元素、磷元素和硒元素中的一种或多种；所述第一元素相对于所述硬碳材料总质量的含量记为A1%；所述锌元素相对于所述硬碳材料总质量的含量记为A2%，其中，所述硬碳材料满足：1.5≤A1/A2≤5。2.根据权利要求1所述的硬碳材料，其中，所述第一元素包括氮元素，2≤A1/A2≤4.5；和/或所述第一元素包括氮元素，所述氮元素基于所述硬碳材料总质量的含量记为W1wt%，2≤W1≤5。3.根据权利要求1所述的硬碳材料，其中，所述第一元素包括硫元素、硼元素、磷元素和硒元素中的一种或多种，2≤A1/A2≤4；和/或所述第一元素包括硫元素、硼元素、磷元素和硒元素中的一种或多种，所述第一元素基于所述硬碳材料总质量的含量记为W2wt%，2.5≤W2≤9。4.根据权利要求1所述的硬碳材料，其中，所述锌元素相对于所述硬碳材料总质量的含量记为W3wt%，0.6≤W3≤1.2。5.根据权利要求1所述的硬碳材料，其中，所述硬碳材料以锂金属为对电极，在0至2.5V vs Li
+
/Li范围内测试得到的充放电曲线中，0(vs Li
+
/Li)至0.15V (vs Li
+
/Li)的克容量记为C
11
mAh/g；0.15V(vs Li
+
/Li)至0.8V (vs Li
+
/Li)的克容量记为C
12 mAh/g，所述硬碳材料满足：1.6≤C
11
/C
12
≤2.1；可选地，250≤C
11
≤350。6.根据权利要求1所述的硬碳材料，其中，所述硬碳材料以钠金属为对电极，在0至2.5V vs Na
+
/ Na范围内测试得到的充放电曲线中，0(vs Na
+
/ Na)至0.15V (vs Na +
/ Na)的克容量记为C
21
mAh/g；0.15V(vs Na
+
/ Na)至1.00V (vs Na +
/ Na)的克容量记为C
22 mAh/g，所述硬碳材料满足：3.55≤C...

【专利技术属性】
技术研发人员：易政，谭福金，郑子桂，谢远森，
申请(专利权)人：宁德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：