[发明专利]一种硬炭材料及其制备方法、电极、电池和应用

说明书

本发明公开了一种硬炭材料及其制备方法、电极、电池和应用。本发明的硬炭材料的制备方法包括如下步骤：(1)将成分A经调制，得到硬炭前驱体；其中，成分A为沥青和/或树脂；调制后，硬炭前驱体的软化点低于成分A的软化点20～250℃；硬炭前驱体的粒径体积分布D50为0.1～50μm；(2)将硬炭前驱体经球形化处理，固化，热处理，即可；其中，球形化处理采用悬浮成球法，悬浮成球法的温度高于硬炭前驱体的软化点10～100℃。本发明制得的硬炭材料具有较高的球形度和大范围的乱序结构，非常适合用于锂离子、钠离子的快速嵌入、脱出，也适用于超级电容领域。

技术领域

本发明涉及一种硬炭材料及其制备方法、电极、电池和应用。

背景技术

二次电池发展迅速，带动负极材料也快速增长，但目前负极材料仍以天然石墨和人造石墨为主，合金材料(例如锂合金负极材料、硅基负极材料、锡基负极材料等)，有循环差、膨胀大等缺点，不能进行大批量投入使用。硬炭材料具有稳定的结构、长循环、高嵌锂电位、高安全性等，硬炭负极材料的兴起不但带动了锂离子电池的发展，同时为钠离子电池的开发提供了保障。但目前存在的硬炭负极材料表面形貌不均匀，生产条件苛刻，不可逆容量较大，无法代替石墨材料。

现有技术中的硬炭材料一般为不规则形貌，有的通过使用整形机对硬炭材料进行表面形貌处理，但由于硬炭自身的不规则表面形貌，球形度一般难以达到90％以上，电化学性能有待提升；也有采用融合机搅拌融合对材料球化处理的方法，但主要用于包覆的负极材料，容易产生包覆不均匀、表面粗糙、对粒径影响大导致颗粒大小不一致的问题。

中国专利申请(公开号CN113321202A)采用合成的酚醛树脂低聚物作原料，该聚合物具有可溶性，使用喷雾干燥技术即可得到酚醛树脂微球，经过低温热处理使酚醛树脂低聚物通过交联反应得到具有三维网状结构的高聚物，最后进行热处理碳化得到硬炭微球。此方法制得的材料容量、首次效率低，同时该方法原料的收率低，导致整体成本较高，不适合于大批量生产。

因此，有必要制备一种不可逆容量较小、电化学性能优良的硬炭负极材料。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中硬炭材料作为电池负极材料时不可逆容量较大的缺陷，而提供一种硬炭材料及其制备方法、电极、电池和应用。本发明制备得到的硬炭材料用于电池性能优良，制备方法成本低、适合批量化生产。

本发明从改善硬炭材料的颗粒形貌出发，通过采用低成本、高效能的球形化方法，巧妙地将调制硬炭前驱体的软化点、控制硬炭前驱体的粒径、与适当的悬浮成球的温度相配合，并配合固化，热处理的步骤，获得一种球形度高达90％以上、电化学性能优良、成本低廉、适合批量化生产的硬炭材料。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种硬炭材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将成分A经调制，得到硬炭前驱体；其中，

所述成分A为沥青和/或树脂；

所述调制后，所述硬炭前驱体的软化点低于所述成分A的软化点20～250℃；

所述硬炭前驱体的粒径体积分布D50为0.1～50μm；

(2)将所述硬炭前驱体经球形化处理，固化，热处理，即可；其中，

所述球形化处理采用悬浮成球法，所述悬浮成球法的温度高于所述硬炭前驱体的软化点10～100℃。

本发明中，所述成分A可为多组分的沥青和/或多组分的树脂，所述多组分的沥青是指不同种类的沥青，多组分的树脂是指不同种类的树脂。