[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

说明书

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种硬碳负极材料，该硬碳负极材料包括硬碳球基体，于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。本发明还提供上述的硬碳负极材料的制备方法，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。本发明还提供一种负极极片，包括负极集流体，负极集流体表面上涂覆有硬碳负极材料层，硬碳负极材料层包括上述的硬碳负极材料。本发明还提供一种电池，包括正极极片，还包括上述的负极极片。本发明的硬碳负极材料在硬碳球基体的表面官能团位置和表面缺陷位置包覆有氧化物层可以避免硬碳表面的缺陷和官能团与有机电解液接触发生副反应，提升电池性能。

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及一种硬碳负极材料及其制备方法、负极极片及电池。

背景技术

硬碳是指难硬炭化的碳，具有较高的可逆比容量，一般为500～700mAh/g；还具有比容量高、倍率性能好等特性，同时具有优异的倍率和循环性能以及低温特性。硬碳作为锂离子电池、钠离子电池和钾离子电池负极材料结构稳定，充放电循环寿命长，并具有良好的倍率性能，可以满足电动车锂电池大功率充放电的要求。此外，硬碳与碳酸丙烯酯（PC）基电解液的兼容性优于石墨。

硬碳表面是疏松多孔结构，易吸附空气中水分与氧气，在表面形成各种C-H官能团，锂、钠、钾离子能与这些官能团反应，造成锂、钠、钾离子的损耗，增大了不可逆容量，降低了首次效率。

为了提高硬碳负极材料的电化学性能，通常采用对硬碳负极材料改性来实现，目前对硬碳改性的方法主要包括：1）无机材料包覆硬碳改性，向碳材料中掺杂非金属元素B、Si、P、N、S等均可使硬碳材料的嵌锂特性发生明显改变，降低不可逆容量；2）化学气相沉淀法包覆硬碳改性，可以降低热解硬碳材料的容量损失，目前CVD法可以使可逆循环容量保持在理论值的70%左右。但是，此类方法的包覆不均匀，很难均匀覆盖硬碳表面所有功能团和缺陷，而且包覆的碳层也不够致密，在充放电时电解液仍然可以渗透过包覆层接触到硬碳表面，导致电池循环寿命和高温性能差，电池胀气严重。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种硬碳负极材料及其制备方法、负极极片及电池，能够提高硬碳负极材料的电化学性能，能够更好的减少硬碳表面的缺陷和官能团，提升电池性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种硬碳负极材料，该硬碳负极材料包括硬碳球基体，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。

进一步地，所述氧化物层的厚度为0.1~2nm。

进一步地，所述氧化物层为氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化锆、氧化锌、氧化硅、氧化硼、氧化铪、氧化铌中的任意一种。

进一步地，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。

进一步地，所述沥青炭化物层或酚醛树脂炭化物层的厚度为1~100nm。

本发明还提供一种硬碳负极材料的制备方法，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。

进一步地，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。

进一步地，真空中炭化的处理温度为350~450℃，处理时间为2~4h；热处理的处理温度为800~900℃，处理时间为1~3h。

本发明还提供一种负极极片，包括负极集流体，所述负极集流体表面上涂覆有硬碳负极材料层，所述硬碳负极材料层包括上述的硬碳负极材料。

本发明还提供一种电池，包括正极极片，还包括上述的负极极片。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：