[发明专利]硬碳材料表面生成碳包覆层的方法和碳包覆材料及应用

说明书

本发明涉及一种硬碳材料表面生成碳包覆层的方法和碳包覆材料及应用，属于硬碳负极材料技术领域。具体步骤包括：将包覆碳源溶于水中配制成10wt％～50wt％溶液，形成包覆溶液；包覆碳源为易溶于水的聚合物；制备硬碳或硬碳前驱体作为待包覆材料；将包覆溶液在搅拌条件下加入待包覆材料，并进行1～12小时超声处理，使待包覆材料均匀分散于包覆溶液中，得到悬浮液；其中，待包覆材料与包覆碳源的质量比为100:10～100:10；将悬浮液放置于烘箱内蒸干，得到包覆前驱体，并进行干燥；在惰性气氛下对干燥后的材料在180℃～240℃保温24‑72小时，用以对干燥后的材料进行稳定化处理；对稳定化处理后的材料在1000℃～1500℃进行碳化处理，冷却后打散筛分，得到均匀碳包覆的硬碳负极材料。

技术领域

本发明涉及硬碳负极材料技术领域，尤其涉及一种硬碳材料表面生成碳包覆层的方法和碳包覆材料及应用。

背景技术

硬碳具有丰富的微晶结构，这不仅有利于吸收更多的锂离子，而且有利于锂离子的插层和脱层。所以较传统石墨而言，硬碳具有较高的容量和倍率性能，同时在钠电领域也有较好的应用前景。

然而，到目前为止，大多数已知的硬质碳基阳极在商业锂离子电池中与石墨相比缺乏竞争力。硬碳的缺点是在第一次充放电循环中大量的电荷“损耗”。这种“损耗”是由于过度消耗锂离子形成固体电解质界面形成，由此导致硬碳材料的库伦效率偏低。

为了减少损耗，提高库伦效率，对硬碳材料进行再包覆是一种改善损耗的有效手段。目前常用的包覆手段包括：气相沉积法，酚醛树脂包覆，沥青包覆，但是这些工艺相对复杂，生产过程中污染严重，不利于大规模的生产制备。

发明内容

本发明提供了一种硬碳材料表面生成碳包覆层的方法和碳包覆材料及应用。通过对工艺进行优化改进，克服现有工艺的不足，选取了水溶性聚合物材料作为包覆碳源，以水做溶剂，形成无污染的包覆溶液，并均匀分布在硬碳材料上；通过包覆碳源在硬碳材料表面所占据的位置在碳化过程中被固定，形成新的碳层，这些碳层对被包覆的硬碳材料的表面有改性作用。该方法所制得的碳包覆硬碳材料具有比表面积小、首周充放电效率高，循环寿命长等特点。

第一方面，本发明提供了一种硬碳材料表面生成碳包覆层的方法，包括：

将包覆碳源溶于水中配制成10wt％～50wt％溶液，形成包覆溶液；所述包覆碳源为易溶于水的聚合物；

制备硬碳或硬碳前驱体作为待包覆材料，所述硬碳前驱体包括完全碳化或未完全碳化的前驱体；

将包覆溶液在搅拌条件下加入所述待包覆材料，并进行1～12小时超声处理，使待包覆材料均匀分散于所述包覆溶液中，得到悬浮液；其中，所述待包覆材料与所述包覆碳源的质量比为100:10～100:30；

将所述悬浮液放置于烘箱内蒸干，得到包覆前驱体，并进行干燥；

在惰性气氛下对干燥后的材料在180℃～240℃保温24-72小时，用以对所述干燥后的材料进行稳定化处理；

对稳定化处理后的材料在1000℃～1500℃进行碳化处理，冷却后打散筛分，得到均匀碳包覆的硬碳负极材料。

优选的，用作所述包覆碳源的易溶于水的聚合物包括：可溶性淀粉、麦芽糊精、环糊精、蔗糖、葡萄糖、果糖、预糊化淀粉中的任意一种或多种。

优选的，所述硬碳前驱体的制备包括：

在氮气气氛下对碳源材料进行碳化处理，得到硬碳前驱体；

所述碳化处理的温度为：根据所述碳源材料的热失重曲线确定失重30%～40%的温度为所述碳化处理的温度；

所述碳源材料包括：树脂、糖类的水热产物或木质素中的任一种或几种；