[发明专利]多孔碳材料及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种多孔碳材料，粒径均匀，比表面积高达560m²/g以上，是吸附气体的优良材料。本发明中还提供了一种上述多孔碳材料的制备方法，通过水热法制备该多孔碳材料，制备方法简单易行，适于工业化生产。本发明中还提供了一种上述多孔碳材料的应用方法，将该多孔碳材料作为活性材料制备锂离子电池的电极材料，通过对多孔碳材料加入量的控制，有效改善锂离子电池内部因化学反应引起的体积膨胀，延长锂离子电池的使用寿命；同时通过多孔碳材料的添加，能有效降低锂离子电池电极极片的电化学阻抗，提高电极极片的电导率，增强锂离子电池的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料领域，具体涉及一种多孔碳材料、应用该多孔碳材料的活性材料，以及应用该活性材料的锂离子电池。

背景技术

能源危机已成为21世纪人类面临的最为严峻的问题，不可再生化石能源将被绿色环保能源替代已经成为必然的发展趋势。在此前提下，锂离子电池因具有高能量密度、长循环寿命、绿色环保等优点，在能量储存设备的市场上已占据非常重要的地位，在手机、电脑、电动大巴等大小不同的电动设备上均有非常广泛的应用。

现有技术中，锂离子电池的主流产品为三元电池，其能量密度高、续航能力强，是国家重点扶持和发展的领域。三元电池分为许多种不同的型号，最典型的如18650锂离子电池，是日本索尼公司开发的一种标准型的锂离子电池，其容量通常在1200-3350mAh范围内，电池寿命理论上位循环充电1000次。现有的18650电池或者正负极材料与之相类似的锂离子电池在使用高镍材料作为正极材料或者/和使用硅氧材料作为负极材料时，在制造和使用过程中产气效果较为明显，如高镍含量的锂镍锰钴氧化物(LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂，0.6≤x＜1，0.3≤y≤1/3)、锂镍钴铝氧化物(LiNi_xCo_yAl_1-x-yO₂，0.8≤x＜1，0.1≤y≤1/3)，即，上述电池在化成和充放电过程中会产生CO₂、CH₄、C₂H₂、H₂等气体，这些气体的存在会导致锂离子电池的性能衰减、内压增大、膨胀变形等问题，会对电池的电化学性能、循环性能、安全性能等产生重要的影响。目前的技术难点即在于此，若是在原有18650锂离子电池体系基础上进行改进，使用能量密度更高的极片材料，那么上述产气的问题会格外突出，但是若是不进行改进，则锂离子电池的能量密度和其他电化学性能又无法得到提升，只能使现有技术停滞不前。

为了解决高能量密度的极片材料在应用过程中产气的问题，也有一些研究者进行了尝试，如申请号为201710792707.4名为《一种无产气圆柱锂离子电池的制备方法》中提供的圆柱锂离子电池的制备方法，通过将正负极片设置成特殊的形状并进行烘烤干燥，然后通过特殊的精细加工方法将电池卷绕成型。该工艺在整体正被过程中均处于密封状态，并需要严格控制温湿度，虽然能够达到制备过程中无产气，但是整体工艺较为复杂，需要适应性的制造许多非标设备与之相配套，成本较高，而且无法避免锂离子电池在后续使用过程中产气。

发明内容

为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种多孔碳材料，粒径均匀，比表面积高达560m²/g以上，是吸附气体的优良材料。本发明中还提供了一种上述多孔碳材料的制备方法，通过水热法制备该多孔碳材料，制备方法简单易行，适于工业化生产。本发明中还提供了一种上述多孔碳材料的应用方法，将该多孔碳材料作为活性材料制备锂离子电池的电极材料，通过对多孔碳材料加入量的控制，有效改善锂离子电池内部因化学反应引起的体积膨胀，延长锂离子电池的使用寿命；同时通过多孔碳材料的添加，能有效降低锂离子电池电极极片的电化学阻抗，提高电极极片的电导率，增强锂离子电池的电化学性能。

本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：