[发明专利]一种硬碳负极材料及其制备方法、负极极片及电池

权利要求书

1.一种硬碳负极材料，该硬碳负极材料包括硬碳球基体，其特征在于：于所述硬碳球基体上的表面官能团位置和表面缺陷位置包覆有氧化物层；于所述硬碳球基体的表面除设置氧化物层位置外以及所述氧化物层的表面均包覆有沥青炭化物层或酚醛树脂炭化物层；

采用原子层沉积法在硬碳球基体上的表面官能团位置和表面缺陷位置包覆氧化物层；

具体为：S11，将硬碳球基体粉末放入多孔容器中；将多孔容器放入ALD反应室中，然后反复抽真空、置换氮气至少三次；将硬碳球基体粉末在氮气或氩气的气氛下进行流化，流化压力为1-1000torr，或者通过将多孔容器旋转达到粉末分散效果；

S12，加热使反应室温度到300～1000开尔文，在设定温度下保持5～30min，反应腔内的气压低于0.01个大气压；

S13，打开出气阀，脉冲清扫气，清扫3～60s；

S14，关闭出气阀，脉冲气态前驱体A或者前驱体A与携带气的混合物，时间为0.01～10秒，接着保持一段时间1秒～5分钟；

S15，然后打开出气阀，脉冲清扫气，清扫0.1～1分钟；关闭出气阀，抽真空，移去多余的反应副产物；

S16，关闭出气阀，脉冲气态前驱体B或者前驱体B与携带气的混合物，时间为 0.01～10秒，接着保持一段时间1秒～5分钟；

S17，然后打开出气阀，脉冲清扫气，清扫0.1～1分钟；关闭出气阀，抽真空，移去多余的反应副产物；

S18，返回步骤S14循环执行S14以下步骤，直到硬碳球基体表面的氧化物层的厚度达到要求为止；

其中，前驱体A为金属卤化物或金属有机配合物；所述清扫气为氮气或氩气；所述携带气为氮气或氩气；前驱体B为水、氧气、臭氧、双氧水中的任意一种；其中金属为Al、Mg、Zr、Hf、Nb中的任意一种；

所述氧化物层为氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化铪、氧化铌中的任意一种。

2.如权利要求1所述的一种硬碳负极材料，其特征在于：所述氧化物层的厚度为0.1~2nm。

3.如权利要求1所述的一种硬碳负极材料，其特征在于：所述沥青炭化物层或酚醛树脂炭化物层的厚度为1~100nm。

4.一种硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：采用原子层沉积法在硬碳球基体上的表面官能团位置和表面缺陷位置包覆氧化物层；于所述硬碳球基体的表面除设置氧化物层位置外以及所述氧化物层的表面均包覆有沥青炭化物层或酚醛树脂炭化物层；

具体为：S11，将硬碳球基体粉末放入多孔容器中；将多孔容器放入ALD反应室中，然后反复抽真空、置换氮气至少三次；将硬碳球基体粉末在氮气或氩气的气氛下进行流化，流化压力为1-1000torr，或者通过将多孔容器旋转达到粉末分散效果；

S12，加热使反应室温度到300～1000开尔文，在设定温度下保持5～30min，反应腔内的气压低于0.01个大气压；

S13，打开出气阀，脉冲清扫气，清扫3～60s；

S14，关闭出气阀，脉冲气态前驱体A或者前驱体A与携带气的混合物，时间为0.01～10秒，接着保持一段时间1秒～5分钟；

S15，然后打开出气阀，脉冲清扫气，清扫0.1～1分钟；关闭出气阀，抽真空，移去多余的反应副产物；

S16，关闭出气阀，脉冲气态前驱体B或者前驱体B与携带气的混合物，时间为 0.01～10秒，接着保持一段时间1秒～5分钟；

S17，然后打开出气阀，脉冲清扫气，清扫0.1～1分钟；关闭出气阀，抽真空，移去多余的反应副产物；

S18，返回步骤S14循环执行S14以下步骤，直到硬碳球基体表面的氧化物层的厚度达到要求为止；

其中，前驱体A为金属卤化物或金属有机配合物；所述清扫气为氮气或氩气；所述携带气为氮气或氩气；前驱体B为水、氧气、臭氧、双氧水中的任意一种；其中金属为Al、Mg、Zr、Hf、Nb中的任意一种；

所述氧化物层为氧化铝、氧化镁、氧化锆、氧化铪、氧化铌中的任意一种。

5.如权利要求4所述的一种硬碳负极材料的制备方法，其特征在于：将沥青或者酚醛树脂与表面官能团位置和表面缺陷位置包覆有氧化物层的硬碳球基体混合，在真空中炭化后，再进行热处理，即得所述硬碳负极材料。