【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及多孔碳材料，特别是涉及多孔碳材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、如今，传统3c消费电子、新能源动力电池、大功率发电厂以及大型储能电站等领域都离不开锂离子电池。随着消费市场对锂离子电池的单体能量密度要求越来越高，开发新型负极材料体系以提高动力电池的能量密度已迫在眉睫。硅具有超高的理论嵌锂容量(4200mah/g)，而且具备适中的脱/嵌锂点位(低于0.5v)，因此硅基负极材料是继石墨后的新一代理想锂离子电池负极材料。
2、然而，硅的电导率以及离子扩散系数非常差，并且在脱/嵌锂过程中，硅会发生严重的体积膨胀(大于300％)，导致负极材料开裂、粉化，从集流体脱落，致使容量迅速下降，循环衰减。虽然，将硅包覆于具有高比表的多孔碳基底内形成的硅碳复合材料，在一定程度上可以抑制硅在充放电过程中的体积膨胀，并提升硅单质的导电性，但是，传统的硅碳复合材料仍存在以下问题：(1)硅碳复合过程中，会产生结晶硅，而结晶硅会严重影响负极容量的发挥；(2)硅的沉积量不足，导致硅碳复合材料的容量和首效较低；(3)硅易团聚在多孔碳的表面，难以控制硅均匀沉积在孔结构中，进而无法保证外部包覆层的均匀及完整性。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种多孔碳材料及其制备方法和应用；所述制备方法不仅可以精准调控多孔碳的孔结构，而且利用两种不同特性的碳材料构建多孔碳材料，从而使单质硅颗粒在沉积过程中均匀分布于孔结构中，避免结晶硅产生，改善硅的体积膨胀问题，进而提高电池的电性能。>
2、一种多孔碳材料的制备方法，包括如下步骤：
3、提供平均孔径为200nm-900nm的多孔碳骨架；
4、在保护气体和第一气相碳源的条件下，将所述多孔碳骨架进行第一气相沉积，得到平均孔径小于或者等于10nm的多孔碳材料，其中，所述第一气相碳源选自脂肪烃，在第一气相沉积过程中所述第一气相碳源的流速为20l/min-90l/min。
5、在其中一个实施例中，所述多孔碳骨架满足以下条件中的至少一个：
6、(1)所述多孔碳骨架的孔容为0.60cm3/g-1.50cm3/g；
7、(2)所述多孔碳骨架的比表面积为8m2/g-20m2/g；
8、(3)所述多孔碳骨架的d50为3μm-20μm；
9、(4)所述多孔碳骨架的k90为0.6-4，其中k90＝(d90-d10)/d50。
10、在其中一个实施例中，所述多孔碳材料的平均孔径为2nm-10nm。
11、在其中一个实施例中，所述第一气相沉积满足以下条件中的至少一个：
12、(1)所述第一气相碳源的裂解温度小于或者等于900℃；
13、(2)所述第一气相碳源的碳原子数为1-5；
14、(3)所述第一气相碳源的流速为40l/min-60l/min；
15、(4)所述第一气相沉积的温度为500℃-900℃；
16、(5)所述第一气相沉积的时间为1h-50h。
17、在其中一个实施例中，所述多孔碳骨架的制备方法包括如下步骤：
18、将酚类化合物、醛类化合物和醇类溶剂混合，在催化剂的作用下进行缩聚反应，得到酚醛树脂；
19、将所述酚醛树脂与固化剂混合进行溶胶-凝胶反应，得到酚醛凝胶，将所述酚醛凝胶进行干燥得到气凝胶；
20、将所述气凝胶在保护气体下进行碳化处理和后处理，得到所述多孔碳骨架。在其中一个实施例中，所述多孔碳骨架的制备满足以下条件中的至少一个：
21、(1)所述酚类化合物选自苯酚、间苯二酚、双酚a或者二甲酚中的至少一种；
22、(2)所述醛类化合物选自甲醛、糠醛、脂肪醛或者芳香醛的至少一种；
23、(3)所述酚类化合物与所述醛类化合物的摩尔比为1:1-1:2.5；
24、(4)所述醇类溶剂选自甲醇、乙醇、叔丁醇、乙二醇中的至少一种；
25、(5)将酚类化合物、醛类化合物和醇类溶剂混合的步骤中，还包括表面活性剂；
26、(6)所述固化剂选自六次甲基四胺、苯胺、多聚甲醛、三聚氰胺中的至少一种；
27、(7)所述固化剂的质量为所述酚醛树脂质量的1％-10％；
28、(8)所述溶胶-凝胶反应的温度为30℃-60℃；
29、(9)所述碳化处理的温度为700℃-1000℃；
30、(10)所述碳化处理的升温速率为1℃/min-10℃/min；
31、(11)所述碳化处理的时间为1h-10h；
32、(12)所述后处理包括粉碎和粒度分级。
33、一种由如上所述的多孔碳材料的制备方法制得的多孔碳材料，所述多孔碳材料满足以下条件中的至少一个：
34、(1)所述多孔碳材料的孔容为0.60cm3/g-1.50cm3/g；
35、(2)所述多孔碳材料的比表面积为120m2/g-3000m2/g。
36、一种硅碳负极材料，所述硅碳负极材料包括如上所述的多孔碳材料以及负载于所述多孔碳材料中的硅。
37、在其中一个实施例中，所述硅碳负极材料还包括包覆层，所述包覆层为碳包覆层或聚合物包覆层。
38、在其中一个实施例中，所述硅碳负极材料满足以下条件中的至少一个：
39、(1)所述包覆层在所述硅碳负极材料中的质量分数在10％以下；
40、(2)所述硅碳负极材料中硅的质量分数为30％-70％；
41、(3)所述硅碳负极材料的d50为4μm-20μm；
42、(4)所述硅碳负极材料的孔容在0.2cm3/g以下；
43、(5)所述硅碳负极材料的比表面积在20.0m2/g以下；
44、(6)所述硅碳负极材料的粉体压实密度为0.7g/cm3-1.5g/cm3。
45、一种如上所述的硅碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
46、在含有硅源的气体条件下，将如上所述的多孔碳材料进行第二气相沉积，得到硅碳负极材料。
47、其中，所述第二气相沉积满足以下条件中的至少一个：
48、(1)所述含有硅源的气体条件包括：通入气相硅源，或者通入气相硅源与第二气相碳源的混合气体，或者交替通入气相硅源与第二气相碳源；
49、(2)所述气相硅源选自甲硅烷、乙硅烷、二氯二氢硅、三氯氢硅中的至少一种；
50、(3)所述第二气相碳源选自甲烷、乙烷、乙炔、乙烯中的至少一种；
51、(4)直接通入气相硅源时，所述气相硅源的流速为1l/min-20l/min；
52、(5)通入气相硅源与第二气相碳源的混合气体时，所述混合气体的流速为5l/min-20l/min，所述气相硅源在所述混合气体中的体积分数大于或者等于70％；
53、(6)所述第二气相沉积的温度为300℃-50本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述多孔碳骨架满足以下条件中的至少一个：
3.根据权利要求1所述的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述多孔碳材料的平均孔径为2nm-10nm。
4.根据权利要求1所述的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述第一气相沉积满足以下条件中的至少一个：
5.根据权利要求1或2所述的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述多孔碳骨架的制备方法包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述多孔碳骨架的制备满足以下条件中的至少一个：
7.一种由如权利要求1-6任一项所述的多孔碳材料的制备方法制得的多孔碳材料，其特征在于，所述多孔碳材料满足以下条件中的至少一个：
8.一种硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料包括如权利要求7所述的多孔碳材料以及负载于所述多孔碳材料中的硅。
9.根据权利要求8所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料还包括包覆层，
10.根据权利要求9所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料满足以下条件中的至少一个：
11.一种如权利要求8-10任一项所述的硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
12.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包括负极集流体和负极活性材料层，所述负极活性材料层包含如权利要求8-10任一项所述的硅碳负极材料。
13.一种电池，其特征在于，包括如权利要求12所述的负极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述多孔碳骨架满足以下条件中的至少一个：
3.根据权利要求1所述的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述多孔碳材料的平均孔径为2nm-10nm。
4.根据权利要求1所述的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述第一气相沉积满足以下条件中的至少一个：
5.根据权利要求1或2所述的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述多孔碳骨架的制备方法包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的多孔碳材料的制备方法，其特征在于，所述多孔碳骨架的制备满足以下条件中的至少一个：
7.一种由如权利要求1-6任一项所述的多孔碳材料的制备方法制得的多孔碳材料，其特征在于，所述多...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱小玉，杜宁，王振，毛怡花，薛宇峰，闫允涛，杨雯月，岳敏，
申请(专利权)人：碳一新能源集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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