一种硬碳材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种硬碳材料及其制备方法和应用，属于负极材料技术领域。本发明专利技术提供的硬碳材料的制备方法包括以下步骤：将碳质原料依次进行第一烧结和纯化，得到第一前驱体；将所述第一前驱体、表面活性剂类掺杂源和水混合，将所得混合浆料进行干燥，得到第二前驱体；所述表面活性剂类掺杂源中所含掺杂元素为氮、磷、硫和硼中的一种或多种；所述碳质原料与表面活性剂类掺杂源的质量比为1：0.05～0.55；将所述第二前驱体进行第二烧结，得到硬碳材料。将本发明专利技术提供的硬碳材料作为二次电池负极材料，具有较高的比容量。具有较高的比容量。具有较高的比容量。

【技术实现步骤摘要】
一种硬碳材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于负极材料
，具体涉及一种硬碳材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子二次电池由于具有良好的稳定性、高能量密度和无记忆效应等优点被广泛应用于3C消费类、动力类和储能类电池领域。目前商用的锂离子二次电池负极材料主要以石墨负极为主，但石墨负极的理论比容量较低，仅为372mAh/g。因此，开发一种新型的比容量高的二次电池负极材料，是当前研究的重要方向。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种硬碳材料及其制备方法和应用，将本专利技术提供的硬碳材料作为二次电池负极材料，具有较高的比容量。
[0004]为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供了以下技术方案：
[0005]一种硬碳材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]将碳质原料依次进行第一烧结和纯化，得到第一前驱体；
[0007]将所述第一前驱体、表面活性剂类掺杂源和水混合，将所得混合浆料进行干燥，得到第二前驱体；所述表面活性剂类掺杂源中所含掺杂元素为氮、磷、硫和硼中的一种或多种；所述碳质原料与表面活性剂类掺杂源的质量比为1：0.05～0.55；
[0008]将所述第二前驱体进行第二烧结，得到硬碳材料。
[0009]优选地，所述表面活性剂类掺杂源包括聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酰胺、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯、烷基磷酸酯、烷基磺酸酯、烷基硫酸酯、烷基硼酸酯和烷氧基硼酸酯中的一种或多种。
[0010]优选地，所述碳质原料包括天然生物质材料、树脂类材料和植物提取物中的一种或多种。
[0011]优选地，所述第一烧结的温度为250～700℃；所述第一烧结的保温时间为2～5h。
[0012]优选地，所述纯化包括水洗、碱洗和酸洗中的一种或多种。
[0013]优选地，所述第一烧结与纯化之间还包括：将所述第一烧结后所得物料进行颗粒整形。
[0014]优选地，所述第一前驱体的粒度D50为3～15μm。
[0015]优选地，所述第二烧结的温度为800～1500℃；所述第二烧结的保温时间为2～10h。
[0016]本专利技术还提供了上述制备方法制备的硬碳材料，包括碳质材料和掺杂在所述碳质材料表面以及孔道中的掺杂元素，所述掺杂元素为氮、磷、硫和硼中的一种或多种，所述硬碳材料中掺杂元素的含量为0.5～5.5wt％；所述硬碳材料的002面的层间距为0.35～0.42nm。
[0017]本专利技术还提供了上述硬碳材料在二次电池负极材料中的应用。
[0018]本专利技术提供了一种硬碳材料的制备方法，包括以下步骤：将碳质原料依次进行第一烧结和纯化，得到第一前驱体；将所述第一前驱体、表面活性剂类掺杂源和水混合，将所得混合浆料进行干燥，得到第二前驱体；所述表面活性剂类掺杂源中所含掺杂元素为氮、磷、硫和硼中的一种或多种；所述碳质原料与表面活性剂类掺杂源的质量比为1：0.05～0.55；将所述第二前驱体进行第二烧结，得到硬碳材料。本专利技术采用表面活性剂类掺杂源，能够在碳质原料表面和孔道内进行浸润，进而能够有效进行掺杂，并且选用表面活性剂类掺杂源相对于无机掺杂源，能够有效增大碳质材料的层间距，有利于提供更多的活性位点，提高掺杂元素在碳质材料表面以及孔道的附着性和沉积量，将所述硬碳材料作为二次电池负极材料，具有较高的比容量。实施例结果表明，本专利技术制备的硬碳材料通过元素掺杂，首次可逆容量大于400mAh/g，具有较高的比容量；此外，在锂离子电池测试体系中，首次库伦效率大于83％。同时本专利技术制备硬碳材料所使用的原料价格便宜，制备工序和设备成熟，适合大规模生产。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为实施1制备的硬碳材料的首次充放电曲线图；
[0021]图2为实施1制备的硬碳材料的放大500倍SEM图；
[0022]图3为实施1制备的硬碳材料的放大5000倍SEM图；
[0023]图4为实施1制备的硬碳材料的EDS图。
具体实施方式
[0024]本专利技术提供了一种硬碳材料的制备方法，包括以下步骤：
[0025]将碳质原料依次进行第一烧结和纯化，得到第一前驱体；
[0026]将所述第一前驱体、表面活性剂类掺杂源和水混合，将所得混合浆料进行干燥，得到第二前驱体；所述表面活性剂类掺杂源中所含掺杂元素为氮、磷、硫和硼中的一种或多种；所述碳质原料与表面活性剂类掺杂源的质量比为1：0.05～0.55；
[0027]将所述第二前驱体进行第二烧结，得到硬碳材料。
[0028]在本专利技术中，若无特殊说明，所用各制备原料均是本领域技术人员熟知的市售商品。
[0029]本专利技术将碳质原料依次进行第一烧结和纯化，得到第一前驱体。在本专利技术中，所述碳质原料优选包括天然生物质材料、树脂类材料和植物提取物中的一种或多种。在本专利技术中，所述天然生物质材料优选为杏壳、核桃壳、稻壳、花生壳、玉米芯、开心果壳、椰壳、枣壳、李壳、木材、竹子、榛子和秸秆中的一种或多种；所述树脂类材料优选为酚醛树脂、环氧树脂、糠醛树脂和丙烯酸树脂中的一种或多种；所述植物提取物优选为淀粉、蔗糖、葡萄糖、纤维素、麦芽糖和天然橡胶中的一种或多种。
[0030]在本专利技术中，所述第一烧结的温度优选为250～700℃，更优选为500～650℃；所述
第一烧结的保温时间优选为2～5h，更优选为4～5h。在本专利技术中，所述第一烧结优选在保护气氛中进行；提供所述保护气氛的保护气体优选为氮气、氦气、氖气和氩气中的一种，更优选为氮气。
[0031]在本专利技术中，所述纯化优选包括水洗、碱洗和酸洗中的一种或多种，更优选为依次进行酸洗和水洗或依次进行碱洗和水洗。
[0032]在本专利技术中，所述酸洗采用的酸试剂优选包括氢氟酸、亚硫酸、磷酸、亚硝酸、硫酸、盐酸和硝酸中的一种或多种，更优选为盐酸；所述酸试剂的浓度优选为0.2～2mol/L，更优选为0.5～1.5mol/L，进一步优选为1mol/L。在本专利技术中，所述碱洗采用的碱试剂优选包括氢氧化钠溶液、氢氧化锂溶液、氢氧化钙溶液和氢氧化钾溶液中的一种或多种，更优选为氢氧化钠溶液；所述碱试剂的浓度优选为0.5～5mol/L，更优选为1～2.5mol/L，进一步优选为2mol/L。在本专利技术中，所述水洗优选采用去离子水；所述水洗优选为洗涤至中性。在本专利技术中，所述纯化具有除去碳质原料中钙、镁和磁性物质的作用。
[0033]在本专利技术中，所述第一烧结与纯化之间优选还包括：将所述第一烧结后所得物料进行颗粒整形。在本专利技术中，所述颗粒整形优选包括依次进行粉碎和分级。在本专利技术中，所述粉碎采用的设备优选为锤式破碎机、对辊破碎机和气流粉碎机中的一种或两种，更优选为气流粉本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬碳材料的制备方法，包括以下步骤：将碳质原料依次进行第一烧结和纯化，得到第一前驱体；将所述第一前驱体、表面活性剂类掺杂源和水混合，将所得混合浆料进行干燥，得到第二前驱体；所述表面活性剂类掺杂源中所含掺杂元素为氮、磷、硫和硼中的一种或多种；所述碳质原料与表面活性剂类掺杂源的质量比为1：0.05～0.55；将所述第二前驱体进行第二烧结，得到硬碳材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂类掺杂源包括聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酰胺、烷基聚氧乙烯醚磷酸酯、烷基磷酸酯、烷基磺酸酯、烷基硫酸酯、烷基硼酸酯和烷氧基硼酸酯中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳质原料包括天然生物质材料、树脂类材料和植物提取物中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一烧结的温度为250～700℃；所述第一烧结...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭桂明，彭天权，胡亮，俞有康，章镇，陈厚富，
申请(专利权)人：赣州立探新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：