本申請屬于電池材料，更具體地，涉及一種硬碳材料及其制備方法、電池。

背景技術(shù)：

1、硬碳是鈉離子電池中常用的負(fù)極材料，其導(dǎo)電性良好，結(jié)構(gòu)中具有大量無序的缺陷與空位，使其提供了更多的儲鈉活性位點(diǎn)以及雜質(zhì)元素?fù)诫s改性位點(diǎn)，且其層間距較大，能在鈉離子脫嵌過程中表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，硬碳作為鈉離子電池負(fù)極具有工作電壓適宜、比容量高等優(yōu)勢。此外，硬碳來源廣泛，可再生的生物質(zhì)以及樹脂或瀝青等均可以作為硬碳的碳源，并且制備工藝簡單，成本低、適合大規(guī)模生產(chǎn)。

2、但其表面存在較多缺陷位點(diǎn)會導(dǎo)致其在電池工作過程中副反應(yīng)較多，從而導(dǎo)致首次庫倫效率低，表面sei膜不均勻穩(wěn)定，會一定程度上影響電池循環(huán)性能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本申請的目的在于提供了一種硬碳材料及其制備方法、電池，旨在提高硬碳材料表面穩(wěn)定性以及循環(huán)性能。

2、本申請實施例是這樣實現(xiàn)的，提供一種硬碳材料，所述硬碳材料包括硬碳內(nèi)核以及碳包覆層，所述碳包覆層至少部分包覆在所述硬碳內(nèi)核表面；其中，所述硬碳材料的粒徑d50為5～18μm，所述碳包覆層的厚度為0.3～4μm。

3、在一些實施例中，所述硬碳材料的粒徑d01≥1μm；和/或，所述硬碳材料的顆粒中，粒徑小于2μm以下顆粒的體積占比小于2％；和/或，所述硬碳材料的表面氧含量為0.5％～12％；和/或，所述硬碳材料的碳含量為89％～97％；和/或，所述硬碳內(nèi)核的碳含量為90％～98％；和/或，所述碳包覆層的材料為無定形碳。

4、在一些實施例中，所述硬碳材料的粒徑d01≥2μm；和/或，所述無定形碳包括軟碳、硬碳或其組合；和/或，所述碳包覆層的拉曼光譜id/ig范圍在1.02～1.20；和/或，所述硬碳材料的比表面積為0.5～4m2/g；和/或，所述硬碳材料的壓實密度為0.92～1.15g/cm3

5、相應(yīng)的，本申請還提供一種硬碳材料的制備方法，包括：提供預(yù)碳化料和包覆源，將所述預(yù)碳化料和所述包覆源進(jìn)行固相混合，得到預(yù)包覆前驅(qū)體；將所述預(yù)包覆前驅(qū)體進(jìn)行熱包覆處理，得到硬碳前驅(qū)體；其中，所述熱包覆處理的氣氛為惰性氣氛或含氧氣氛；將所述硬碳前驅(qū)體進(jìn)行高溫碳化，得到硬碳材料。

6、在一些實施例中，所述提供預(yù)碳化料和包覆源之前，還包括：提供碳源并將所述碳源進(jìn)行預(yù)碳化處理，得到所述預(yù)碳化料

7、在一些實施例中，所述碳源包括瀝青、樹脂或生物質(zhì)中的一種或多種；其中，所述瀝青選自石油瀝青或煤瀝青；所述樹脂包括酚醛樹脂、聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、聚甲醛樹脂、脲醛樹脂、糠醛樹脂、糠酮樹脂、丙烯酸樹脂、聚酰胺、聚酰亞胺、聚乙烯醇中的一種或多種；所述生物質(zhì)包括椰子殼、荷葉桿、秸稈、淀粉、酯化淀粉中的一種或多種；和/或，所述預(yù)碳化處理為：在惰性氣氛中500～700℃下處理1～5h。

8、在一些實施例中，所述包覆源與所述預(yù)碳化料的質(zhì)量比為(2～8)：100；和/或，所述預(yù)碳化料的粒徑d50為5～14μm；和/或，所述包覆源的粒徑d50為2～10μm；和/或，所述包覆源的粒徑d50與所述預(yù)碳化料的粒徑d50的比值為0.3～2.0；和/或，所述固相混合采用高速混合機(jī)進(jìn)行混合，高速混合機(jī)的轉(zhuǎn)速為400rpm～1000rpm，混合時間為1h～4h。

9、在一些實施例中，所述包覆源與所述預(yù)碳化料的質(zhì)量比為5：100；和/或，所述包覆源的粒徑d50與所述預(yù)碳化料的粒徑d50的比值為0.3～1.5。

10、在一些實施例中，所述熱包覆處理的溫度為100～450℃；和/或，所述熱包覆處理的時間為1～8h；和/或，所述惰性氣氛為真空氣氛、或者由氮?dú)狻⒑狻⒛蕷狻鍤狻㈦礆狻㈦瘹狻㈦睔庵械囊环N或多種形成的氣氛；和/或，所述含氧氣氛為純氧氣、空氣、或氧氣與惰性氣氛形成的混合氣氛；和/或，所述熱包覆處理為動態(tài)熱包覆。

11、在一些實施例中，所述高溫碳化的溫度為1100～1600℃；和/或，所述高溫碳化的時間為1～3h；和/或，所述高溫碳化的氣氛為惰性氣氛。

12、相應(yīng)的，本申請還提供了一種電池，包括上述的硬碳材料，或者，包括上述的硬碳材料的制備方法制得的硬碳材料。

13、本申請的硬碳材料的包括硬碳內(nèi)核以及碳包覆層，所述碳包覆層至少部分包覆在所述硬碳內(nèi)核表面；其中，所述硬碳材料的粒徑d50為5～18μm，所述碳包覆層的厚度為0.3～4μm。通過在硬碳內(nèi)核表面形成一層穩(wěn)定的碳包覆層，使得硬碳材料表面缺陷較少，使表面形貌更加規(guī)整，且比表面積相對減小；具有核殼結(jié)構(gòu)的所述硬碳材料在應(yīng)用到電池中作負(fù)極材料時能夠減少首次放電副反應(yīng)，提高首次庫倫效率，循環(huán)穩(wěn)定性增強(qiáng)。

技術(shù)特征：

1.一種硬碳材料，其特征在于，所述硬碳材料包括硬碳內(nèi)核以及碳包覆層，所述碳包覆層至少部分包覆在所述硬碳內(nèi)核表面；其中，所述硬碳材料的粒徑d50為5～18μm，所述碳包覆層的厚度為0.3～4μm。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬碳材料，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硬碳材料，其特征在于，

4.一種硬碳材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述提供預(yù)碳化料和包覆源之前，還包括：提供碳源并將所述碳源進(jìn)行預(yù)碳化處理，得到所述預(yù)碳化料。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，

10.一種電池，其特征在于，包括權(quán)利要求1-3任一項所述的硬碳材料，或者，包括權(quán)利要求4-9任一項所述的硬碳材料的制備方法制得的硬碳材料。

技術(shù)總結(jié)
本申請屬于電池材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種硬碳材料及其制備方法、電池。本申請的硬碳材料的包括硬碳內(nèi)核以及碳包覆層，碳包覆層至少部分包覆在硬碳內(nèi)核表面；其中，硬碳材料的粒徑D50為5～18μm，碳包覆層的厚度為0.3～4μm。通過在硬碳內(nèi)核表面形成一層穩(wěn)定的碳包覆層，使得硬碳材料表面缺陷較少，使表面形貌更加規(guī)整，且比表面積相對減小；作負(fù)極材料應(yīng)用到電池中時能夠減少首次放電副反應(yīng)，提高首次庫倫效率，增強(qiáng)循環(huán)穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉義,黃必成
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢天鈉科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24