同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料及制备方法和应用与流程

本发明涉及电池负极材料，尤其涉及一种同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料及制备方法和应用。

背景技术：

1、随着新能源产业的发展，以锂离子电池为代表有能量密度高，循环寿命长，能量转换效率高等优点的二次电池大量运用于电动汽车、消费类电子产品以及储能领域。但同时锂矿资源的稀缺性导致其锂资源价格持续走高，极大增加了锂离子电池的成本，限制了其在大规模储能领域的应用。

2、目前作为同一主族的元素的钠具有与锂相似的物理化学性质，尤其是其资源广泛分布，成本低廉且可使用铝箔作为集流体，进一步降低了钠离子电池的生产成本。但受限于钠离子半径，难以嵌入现有广泛运用的锂离子电池石墨负极中形成稳定化合物，因此开发一种适用于钠离子电池的低成本高性能的负极材料成为目前钠离子电池发展的一个方向。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料及制备方法和应用。该材料包括两种酚醛树脂烧制的不同结构碳材料构成，通过片层硬碳材料在一般硬碳基体材料中构建了离子传输通道并形成材料的柔性连接。

2、为此，第一方面，本发明实施例提供了一种同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料，包括两种酚醛树脂烧制的不同碳材料构成，具体包括：甲阶酚醛树脂烧制膨化而成的片层硬碳材料和丙阶酚醛树脂烧制构成的一般硬碳基体材料；

3、其中，丙阶酚醛树脂通过甲阶酚醛树脂热固化而得，与甲阶酚醛树脂具有同源异型结构；

4、所述片层硬碳材料在所述一般硬碳基体材料中构建了离子传输通道并形成材料的柔性连接。

5、第二方面，本发明实施例提供了一种同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料的制备方法，包括：

6、按质量比称取两份甲阶酚醛树脂粉末；

7、取第一份甲阶酚醛树脂粉末放入反应装置中，通入保护气体，升温至400℃～800℃并保温1小时～24小时进行膨胀碳化处理，得到膨胀片层硬碳，对所述膨胀片层硬碳进行破碎过筛至粒径d50为4～20um；

8、取破碎后的膨胀片层硬碳与第二份甲阶酚醛树脂粉末进行混合，以50r/min～200r/min的搅拌速率混合均匀后，在保温设备中90℃～150℃保温3小时～72小时进行材料固化，得到固化复合体；

9、将所述固化复合体放入反应装置中，通入保护气体升温至700℃～1500℃，保温1小时～24小时进行碳化处理，出料后进行再次粉碎过筛至粒径d50为6～12um，得到所述同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料。

10、优选的，所述第一份甲阶酚醛树脂粉末与所述第二份甲阶酚醛树脂粉末按质量比为1:0.5～1:50。

11、优选的，所述膨胀碳化处理的升温速率为1℃/min～3℃/min；保护气体的流速为10l/min～20l/min；

12、所述碳化处理的升温速率为3℃/min～10℃/min；保护气体的流速为2l/min～5l/min。

13、第三方面，本发明实施例提供了一种钠离子电池负极，包括第二方面所述的制备方法制备得到的同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料。

14、第四方面，本发明实施例提供了一种钠离子电池，包括上述第三方面所述的钠离子电池负极。

15、第五方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池负极，包括第二方面所述的制备方法制备得到的同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料。

16、第六方面，本发明实施例提供了一种锂离子电池，包括上述第五方面所述的钠离子电池负极。

17、本发明实施例提供的同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料，包括两种酚醛树脂烧制的不同结构碳材料构成，分别为甲阶酚醛树脂烧制膨化而成的片层硬碳材料和丙阶酚醛树脂烧制构成的一般硬碳基体材料，其中丙阶酚醛树脂通过甲阶酚醛树脂热固化而得，因而片层硬碳材料与一般硬碳基体材料具有同源异型结构。片层硬碳材料的导电性更优且具有一定柔韧性，在一般硬碳基体中构造了离子快速传输通道和柔性连接，使得硬碳材料的具备更好的倍率性能和涂布防裂性能。同时两种不同形态结构的碳材料在结合烧制过程中形成的异型结构更丰富，能够提供较高平台容量，同时具备较高里锂离子电池容量和钠离子电池容量。该工艺生产过程成本低廉，易于量产。本发明提供的同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料可用于液态、半固态、准固态、全固态电解质的离子电池中。

技术特征：

1.一种同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料，其特征在于，所述同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料包括两种酚醛树脂烧制的不同碳材料构成，具体包括：甲阶酚醛树脂烧制膨化而成的片层硬碳材料和丙阶酚醛树脂烧制构成的一般硬碳基体材料；

2.一种上述权利要求1所述的同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一份甲阶酚醛树脂粉末与所述第二份甲阶酚醛树脂粉末按质量比为1:0.5～1:50。

4.根据权利要求2所述的制备方法，特征在于，所述膨胀碳化处理的升温速率为1℃/min～3℃/min；保护气体的流速为10l/min～20l/min；

5.根据权利要求2所述的制备方法，特征在于，所述保护气体为氮气或氩气。

6.一种钠离子电池负极，其特征在于，所述钠离子电池负极包括上述权利要求2-5任一所述的制备方法制备得到的同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料。

7.一种钠离子电池，其特征在于，所述钠离子电池包括上述权利要求6所述的钠离子电池负极。

8.一种锂离子电池负极，其特征在于，所述锂离子电池负极包括上述权利要求2-5任一所述的制备方法制备得到的同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料。

9.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括上述权利要求8所述的锂离子电池负极。

技术总结本发明实施例涉及一种同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料及制备方法和应用。所述同源异型结构酚醛基复合硬碳负极材料包括两种酚醛树脂烧制的不同碳材料构成，具体包括：甲阶酚醛树脂烧制膨化而成的片层硬碳材料和丙阶酚醛树脂烧制构成的一般硬碳基体材料；其中，丙阶酚醛树脂通过甲阶酚醛树脂热固化而得，与甲阶酚醛树脂具有同源异型结构；所述片层硬碳材料在所述一般硬碳基体材料中构建了离子传输通道并形成材料的柔性连接。技术研发人员：吉祥,刘柏男,罗飞受保护的技术使用者：溧阳天目先导电池材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/29