[发明专利]多孔硬碳微球材料及其制备方法和扣式电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔硬碳微球材料及其制备方法以及扣式电池及其制备方法，其中多孔硬碳微球材料为硫/氧双掺杂的多孔硬碳微球材料，所述硫/氧双掺杂的多孔硬碳微球材料的尺寸在0.2～8μm之间，比表面积大于500m²/g，且具有微孔/介孔复合的多级孔道结构。本发明通过调节制备过程中各参数，实现对硫/氧双掺杂的多孔硬碳微球材料的有效调控，并将其用作钾离子电池负极材料。本发明原料价廉易得，合成方法简单，可控性高，且易于大规模生产。将改材料用作钾离子电池负极材料，表现出了优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于电极/电池阴极材料制备领域，具体涉及多孔硬碳微球材料、多孔硬碳微球材料的制备方法、制备扣式电池的方法和扣式电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长和无污染等突出优点，已经成为电池市场的主流，并开始应用于驱动电动汽车。但随着锂离子电池的大规模应用，锂的价格及其资源的有限性越来越为人们所担忧。由于钾资源非常丰富、成本低，因此在价格因素比能量密度更为关键的应用场合中，钾离子电池被认为是锂离子电池的廉价替代品。电池的能量密度和寿命等性能主要由其电极材料决定，因而开发高性能的电极材料已成为电池研究的热点。在负极材料方面，碳材料因其良好的化学稳定性、导电性、导热性、热稳定性、低成本等优点被认为是最有前景的实用材料之一。

在形貌各异的碳材料中，碳微球的制备条件相对简单，原料来源广泛，产率高，成本低廉，具备均匀的球状形貌、高机械强度、高堆积密度、高流动性以及优异的导电性。研究发现，由于硬碳材料具备较大的晶面间距和不易扩展的碳结构从而有利于尺寸较大的钾离子嵌入电极材料并有利于降低电极的结构膨胀从而增加电池的循环稳定性，因此硬碳材料是一种较为理想的钾离子电池负极材料。除此之外，掺杂碳材料作为对纯碳进行除碳元素外的其他元素掺杂改性得到的产物，除了具备纯碳所具有优势之外，掺杂还可以赋予材料更好的亲水性、更高的导电性、更多的活性位点等特性，在电化学领域有着广阔的应用前景。另一方面，增加电极材料的比表面积和孔道分布，有利于增加电解液与电极的接触面积、缩短离子的传输距离、提高电子的扩散速率等。基于上述几点，新型的杂原子掺杂的、多孔的、硬碳微球材料是一种理想的用于高性能钾离子电池的负极材料。

目前通过高温碳化聚合物微球得到碳微球的制备方法及在钾离子电池中的应用研究工作非常少，且对于掺杂碳微球材料的储钾的结构与性能的构效关系也未可知，这大大制约了钾离子电池负极材料的进一步应用。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本专利提供了一种新型的用作钾离子电池负极的硫/氧双掺杂的多孔硬碳微球材料的制备方法，旨在为制备高性能的钾离子电池提供新的解决方案。

本发明目的之一在于提供一种硫/氧双掺杂的多孔硬碳微球材料，所述硫/氧双掺杂的多孔硬碳微球材料的尺寸在0.2～8μm之间，比表面积大于500m²/g，且具有微孔/介孔复合的多级孔道结构。

本发明另一目的在于提供上述硫/氧双掺杂的多孔硬碳微球材料所述孔硬碳微球材料的制备方法，包括：

以在液晶/环氧单体/硫醇固化剂体系中原位合成的聚合物微球为前驱体，采取碳化-蚀刻方法制备得到硫/氧双掺杂的多孔硬碳微球材料。

作为上述技术方案的一个较好的选择，所制备的聚合物微球前驱体的尺寸在0.5～10μm之间可控。所述制备硫/氧双掺杂的多孔硬碳微球负极材料的环氧树脂型聚合物微球前驱体的制备方法以及多孔硬碳微球材料为现有技术所报道，具体如专利申请201710181685.8所述。

作为上述方法一种更好的选择，制备硫/氧双掺杂的多孔硬碳微球负极材料制备方法具体包括如下步骤：

(1)在液晶/环氧单体/硫醇固化剂体系中，利用热聚合诱导相分离方法，原位制备环氧树脂型聚合物微球；