[发明专利]多孔炭负极材料及其制备方法、由其制得的电极、电池和电容器

说明书

本发明提供一种多孔炭负极材料及其制备方法、由其制得的电极、电池和电容器，属于电池负极材料技术领域。其中，制备多孔炭负极材料的原料是多孔炭与熔盐；其制备方法包括以下步骤：将多孔炭与熔盐混合，在惰性气氛下进行高温处理，冷却后经洗涤、分离、干燥，获得所述多孔炭负极材料；采用本发明的方法制备的多孔炭负极材料作为电极不仅具有高的离子容量和高的首充放效率，还具备良好的离子扩散通道，因而具有高的倍率性能。

技术领域

本发明属于电池负极材料技术领域，具体地说，涉及一种多孔炭负极材料及其制备方法，还涉及一种以多孔炭负极材料制备的电极、一种以该电极制备的电池以及一种以该电极制备的电容器。

背景技术

目前用于锂离子电池的负极材料主要是改性天然石墨和人工石墨，现有技术下石墨负极材料的容量已经接近结构允许的理论值，因此能量密度的继续发展面临瓶颈，同时在钠离子电池中石墨的容量过低无法实用，无定形碳材料由于结构上不存在理论限制，被认为是有助于提高能量和功率密度的负极材料，有望应用于锂离子电池、超级电容器和钠离子电池等领域。

多孔炭材料由于丰富的孔结构，被认为有助于提高对活性离子的容量，并且展示出较高的首次容量，然而现有的多孔炭材料普遍具有首次充放效率低的缺点，具体原因目前尚无定论，一般认为与其表面积大和缺陷多有关，首次充放效率低，不仅会降低负极材料的利用率，还会降低正极材料和电解质的利用率，因而不利于提高能量密度和降低成本。

现有技术中，也有采用氧化物、氢氧化物或盐制备多孔炭材料的，但其引入目的不同，操作步骤不同，因而无法取得发明内容的效果。例如氧化物和氢氧化物通常熔点较高，无法以液态进入多孔炭孔道，对结构形成支撑；部分熔点较低的氧化物和氢氧化物虽然可以形成液态，但具有很高的反应活性，无法保持多孔炭的孔道结构；还有部分以盐为造孔剂，主要在活化造孔过程中发挥作用，且活化过程温度不足以形成液态支撑孔道结构，也不足以起到提高首次充放电效率的作用。

为提高多孔炭材料的首次充放效率，一般采取高温惰性气氛对材料进行处理，所获得的材料通常具有较大的平台容量，具体原因尚无定论，一般将效果提升归因于合适的石墨层间距和较小的孔径，但平台容量在大电流放电时易受极化效应影响，因此这类材料的倍率性能通常较低。

基于以上技术问题，亟需一种有助于提高首次充放效率的同时具有较高的倍率性能的多孔炭材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔炭负极材料、其制备方法、以及由其制得的电极、电池及电容器，以解决现有的用作负极材料的多孔炭材料普遍呈现较低的首次充放效率和倍率性能的技术问题。

为实现以上目的，本发明提供了一种多孔炭负极材料，所述多孔炭负极材料的制备原料包括多孔炭和熔盐。

本发明提供了一种所述多孔炭负极材料的制备方法：将多孔炭与熔盐混合，在惰性气氛下进行高温处理，冷却后经洗涤、分离、干燥，获得所述多孔炭负极材料。

所述惰性气氛可以是氮气或氩气。

进一步地，所述熔盐包括熔点≤1000℃且沸点≥1300℃的化合物中的一种或多种；或者，所述熔盐包括分解或反应后产物为熔点≤1000℃且沸点≥1300℃的化合物中的一种或多种。

优选地，所述熔盐包括氯化钠、氯化钾、氯化镁或氯化钙中的一种或多种。

所述多孔炭包括含碳前驱体经物理或化学方法活化获得的碳材料、含碳前驱体活化的中间产物中的一种或多种。

优选地，所述多孔炭包括煤制活性炭、椰壳活性炭、活性炭纤维、碳分子筛中的一种或多种。

将所述多孔炭与熔盐混合，所述混合是液相混合或固相混合。

优选地，所述液相混合是将熔盐配成溶液后等体积浸渍或过量浸渍多孔炭。