[发明专利]碳材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及锂离子电池领域，公开了一种碳材料及其制备方法与应用，所述碳材料含有N元素，所述碳材料的(002)晶面的层间距d₀₀₂、c轴方向的微晶尺寸L_c以及a轴方向的微晶尺寸L_a、表面N元素与表面C元素的摩尔比N/C满足以下条件：(1)0.345nm≤d₀₀₂≤0.37nm，0.58L_c×d₀₀₂≤0.69，50≤100×L_c/L_a³/d₀₀₂³≤73；(2)N/C≤0.05。本发明所提供的碳材料具有良好的热传导性能，并能够提供较高的电池容量，且生产成本低。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体涉及一种碳材料及其制备方法与应用。

背景技术

无定形碳材料常用于二次电池负极材料，无定形碳用于锂离子电池时，锂离子扩散速率比较快，与电解液兼容性好，功率特性好，循环性能好，传热能力好等优点，因此在电动车、调频调峰电网和大规模储能领域具有广阔的应用前景。

CN105720233A提供了一种锂离子电池负极用碳材料的制备方法，该方法包括：将煤液化残渣进行聚合；将聚合产物进行稳定化，将稳定化产物进行碳化。然而其所提供的锂离子电池的电池容量仍无法满足满足电动车、调频调峰电网和大规模储能等领域的需求。

CN105098186A公开了一种热解无定形碳材料及其制备方法和用途。该热解无定形碳材料为颗粒状，颗粒的平均粒径为1-100μm；d₀₀₂值在0.35-0.44nm之间，Lc值在0.5-4nm之间，La值在3-5nm之间。其制备方法为：将硬碳前驱体与软碳前驱体加入溶剂后充分混合得到浆料；将浆料烘干后在200℃-600℃条件下的惰性气氛中进行交联、固化0.5-5小时；再在1000℃-1600℃条件下的惰性气氛中高温处理0.5-10小时；冷却后，得到所述热解无定形碳材料。该材料用途广泛，特别适合作为钠离子二次电池或锂离子二次电池的负极材料。然而，其所提供的无定形碳材料的热传导性能尚未知，且所提供的钠离子二次电池或锂离子二次电池的电池性能或经济性还无法满足动力电池和储能电池的需求。

CN1148739A公开了一种无定形碳质材料，其电极以及有这种电池的蓄电池。该材料d₀₀₂：0.345-0.365nm，层状结构中碳原子数与碳原子总数之比P_S＝0.54-0.85，无定形碳中总氮原子与总碳原子之比为0.005:1-0.055:1。在真空或惰性气氛中对无定形碳进行热处理至少30分钟以提供所需的晶体结构。碳质材料可取碳纤维材料的形态，尤以长碳纤维磨碎得到的短纤维为好。其采用碳纤维为碳质材料制备无定形碳质材料，极大地增加了无定形碳质材料的生产成本。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的碳材料热传导性能低、制备成本高以及电池容量低的问题，提供一种碳材料及其制备与应用，该碳材料具有良好的热传导性能，并能够提供较高的电池容量，且生产成本低。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种无定形碳材料，其中，所述碳材料含有N元素，所述碳材料(002)晶面的层间距d₀₀₂、c轴方向的微晶尺寸L_c以及a轴方向的微晶尺寸L_a、表面N元素与表面C元素的摩尔比N/C满足以下条件：

(1)0.345nm≤d₀₀₂≤0.37nm，0.58L_c×d₀₀₂≤0.70，50≤100×L_c/L_a³/d₀₀₂³≤73；(2)N/C≤0.05。