[发明专利]一种硬碳负极材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种硬碳负极材料，其特征在于，所述硬碳负极材料为核壳结构，所述核壳结构包括壳层和核心；

所述壳层为无定型碳；

所述核心为含锂的硬碳；

所述核心的制备原料包括基底材料、改性剂和锂添加剂组合；

所述基底材料包括沥青和/或焦油；

所述锂添加剂包括含锂化合物；

所述改性剂包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚酰胺、苯乙烯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乙烯吡咯烷酮、壳聚糖、聚酰亚胺、聚酰胺、PET或酚醛树脂中的任意一种或至少两种的组合。

2.如权利要求1所述的硬碳负极材料，其特征在于，所述核心的制备原料按照重量份包括如下组分：基底材料1～8重量份、改性剂2～10重量份和锂添加剂0.1～0.5重量份；

所述含锂化合物包括Li₂CO₃、LiOH、LiHCO₃、LiCl、硝酸锂、硫酸锂、醋酸锂或有机锂盐中的任意一种或至少两种的组合。

3.根据权利要求1或2所述的硬碳负极材料，其特征在于，所述壳层的制备原料包括甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、丁二烯或乙炔中的任意一种或至少两种的组合。

4.一种如权利要求1～3任一项所述硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将基底材料、改性剂和锂添加剂混合，挤出、碳化处理，得到核心材料；

(2)将步骤(1)得到的核心材料进行包覆处理，得到所述硬碳负极材料。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述挤出通过双螺杆挤出机进行；

优选地，步骤(1)所述挤出的温度为100～300℃；

步骤(1)所述挤出的速度为0.1～2m/min；

优选地，步骤(1)所述挤出的螺杆转速为100～800rpm。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碳化处理在惰性气体保护条件下完成；

优选地，步骤(1)所述碳化处理在升温的条件下进行；

优选地，所述升温的方法包括：将体系第一次升温至400～700℃，保温1～5h；将体系第二次升温至900～1300℃，保温4～12h，完成所述升温；

优选地，所述第一次升温和第二次升温的升温速度各自独立地为1～10℃/min。

7.根据权利要求4～6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述包覆处理的方法为CVD法包覆；

优选地，步骤(2)所述包覆处理在升温的条件下进行；

优选地，所述升温的方法包括：将体系升温至700～1200℃，保温5～20h，完成所述升温；

优选地，所述升温的速率为1～10℃/min。

8.根据权利要求4～7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述包覆处理的裂解气源包括甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、丁二烯或乙炔中的任意一种或者两种的组合。

9.根据权利要求4～8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将基底材料、改性剂和锂添加剂混合，在100～300℃、挤出速度为0.1～2m/min以及螺杆转速为100～800rpm的条件下通过双螺杆挤出机进行挤出、在惰性气体以及升温的条件下进行碳化处理，得到核心材料；所述升温的方法包括：将体系第一次升温至400～700℃，保温1～5h；将体系第二次升温至900～1300℃，保温4～12h，完成所述升温；

(2)将步骤(1)得到的核心材料在升温的条件下进行CVD法包覆处理，得到所述硬碳负极材料；所述包覆处理的裂解气源包括甲烷、乙烷、丙烷、乙烯、丙烯、丁二烯或乙炔中的任意一种或者两种的组合；所述升温的方法包括：将体系升温至700～1200℃，保温5～20h，完成所述升温。

10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的负极材料包括如权利要求1～3任一项所述的硬碳负极材料。