[发明专利]具有多层核壳结构的硬碳负极材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种具有多层核壳结构的硬碳负极材料，其特征在于，所述硬碳负极材料的尺寸范围在1～50um，由硬碳内核、硬碳中间层和碳包覆层多层结构构成；

所述硬碳内核为以葡萄糖、蔗糖、聚乙烯吡咯烷酮、淀粉聚偏氟乙烯、酚醛环氧树脂或聚氯乙烯中的一种或几种组合为碳化前驱体制备的硬碳材料；尺寸范围在1um～40um，拉曼光谱Id/Ig范围在0.7～0.9；

所述硬碳中间层为硬碳多孔氧化层，孔隙率在1％～80％，孔隙大小为0.005um～2um，拉曼光谱Id/Ig范围在0.8～1.5；

所述碳包覆层由气相法、液相法或固相法制备得到，拉曼光谱Id/Ig范围在0.7～1.3；

所述硬碳负极材料中，按照所占质量分数，硬碳内核：硬碳中间层：碳包覆层＝(0，100％]：(0，50％]：(0，30％]。

2.一种上述权利要求1所述的具有多层核壳结构的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

将碳化前驱体进行水热处理后，进行洗涤过滤至滤液透明无色，再进行干燥；所述碳化前驱体包括：葡萄糖、蔗糖、聚乙烯吡咯烷酮、淀粉聚偏氟乙烯、酚醛环氧树脂或聚氯乙烯中的一种或几种组合；

将干燥后的样品放入反应装置中，升温至700℃～1300℃，在700℃～1300℃下，保温0.5小时～15小时，对所述干燥后的样品进行高温碳化处理，得到硬碳内核；

对所述硬碳内核在空气气氛中或者过氧化氢溶液中进行氧化处理，得到有硬碳中间层包裹硬碳内核结构的氧化产物；

将所述氧化产物进行碳包覆，得到所述具有多层核壳结构的硬碳负极材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述水热处理具体为：采用加压加热的水热处理或者不加压加热的水热处理；

所述加压加热的水热处理为：在水热釜中进行，压力在0MPa～15Mpa，加热温度在150℃～200℃，保温时间1小时～10小时；

所述不加压加热的水热处理的加热温度在150℃～200℃，保温时间1小时～10小时。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述升温的升温速率为1℃/min～10℃/min。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述对所述硬碳内核在过氧化氢溶液中进行氧化处理具体包括：

将质量浓度为1％～30％的过氧化氢溶液与所述硬碳内核进行混合搅拌，并对所得物进行洗涤抽滤和干燥；其中搅拌转速为100r/min～1500r/min，搅拌时长为1小时～10小时。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述对所述硬碳内核在空气气氛中进行氧化处理具体包括：

按照1℃/min～10℃/min的升温速率，升温至100℃～600℃，在空气气氛中对所述硬碳内核氧化1小时～10小时。

7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述进行碳包覆的方法具体包括：气相法、液相法或固相法；

所述气相法具体包括：采用保护气氛与碳包覆气源混合，在CVD炉中对所述氧化产物进行包覆；

所述液相法具体包括：采用液相碳源与所述氧化产物混合均匀后，进行干燥和碳化处理，碳化温度为600℃～1000℃，碳化时间为1小时～5小时；

所述固相法具体包括：采用固相碳源与所述氧化产物混合均匀后直接进行碳化处理，碳化温度为600℃～1000℃，碳化时间为1小时～5小时；或者，采用球磨机或整形机处理所述固相碳源与所述氧化产物的混合物料，使所述固相碳源包覆于所述氧化产物表面后，再进行碳化处理，碳化温度为600℃～1000℃，碳化时间为1小时～5小时。

8.一种锂离子电池的负极极片，其特征在于，所述锂离子电池的负极极片包括上述权利要求1-7任一所述的具有多层核壳结构的硬碳负极材料。

9.根据权利要求8所述的负极极片，其特征在于，所述负极极片具体为所述具有多层核壳结构的硬碳负极材料与石墨、硅或金属锂中的一种或多种复合而成。

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括上述权利要求8或9的负极极片。