硬碳制造技术

本申请提供了一种硬碳

【技术实现步骤摘要】
硬碳、制备方法、二次电池及用电装置


[0001]本申请涉及二次电池
，尤其涉及一种硬碳
、
制备方法
、
二次电池及用电装置
。

技术介绍

[0002]近年来，二次电池广泛应用于水力
、
火力
、
风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具
、
电动自行车
、
电动摩托车
、
电动汽车
、
军事装备
、
航空航天等多个领域
。
[0003]硬碳是钠二次电池中常用的负极材料
。
然而硬碳杂质含量高，在电池制备过程中存在稳定性差
、
加工难度高等问题
。
因此，现有的硬碳仍待改进
。

技术实现思路

[0004]本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种硬碳，以改善包含该硬碳的浆料粘度，改善硬碳的加工性能
。
[0005]本申请第一方面提供了一种硬碳，基于所述硬碳的总质量计，所述硬碳中水溶性阳离子的总质量占比不超过
500ppm。
[0006]研究表明硬碳的加工性能与其中存在的水溶性阳离子含量具有紧密关联
。
由于制备硬碳的前驱体中不可避免的含有金属杂质，其在烧结过程中，会残留于终产品硬碳中
。
当制备负极浆料时，硬碳中的水溶性阳离子会抑制浆料中增稠剂（如羧甲基纤维素钠）的电离，促使其电离平衡向非电离平衡移动，致使增稠剂上的电荷密度下降，电荷间的静电排斥作用减弱，增稠剂难以在静电排斥力的作用下充分伸展，降低了增稠剂（如羧甲基纤维素钠）与溶剂（如水）的接触面积，使得二者难以充分缔合，增稠剂难以充分发挥增稠作用
。
另外，水溶性离子中的二价阳离子和三价阳离子极易与增稠剂（如羧甲基纤维素钠）中的羧基发生配位作用，减少了增稠剂与水分子的缔合位点，导致增稠剂增稠效果进一步恶化，负极浆料粘度显著降低
。
控制硬碳中水溶性阳离子的总质量占比不超过
500ppm
时，浆料中的增稠剂可以充分发挥增稠作用，使得浆料具有合适且稳定的粘度，有利于电池加工性能的提升
。
[0007]可以理解，由于硬碳中部分金属杂质存在于体相结构中或难以溶解在水溶剂中，硬碳中水溶性阳离子的质量占比并不等同于硬碳中金属元素的质量占比
。
相比于硬碳中金属元素的质量占比，硬碳中水溶性阳离子的质量占比对于加工性能的改善更具有指导意义
。
通过在前期监控硬碳中水溶性阳离子的总质量占比能够有效减少后期涂布加工过程中负极浆料涂布质量差的问题
。
而且以硬碳中水溶性阳离子的总质量占比作为监控指标能够减少不同前驱体的硬碳中杂质元素含量不同导致的标准不同的问题，对于不同前驱体的硬碳具有普适性
。
[0008]在任意实施方式中，基于所述硬碳的总质量计，所述硬碳中水溶性阳离子的总质量占比为
5ppm~450ppm。
[0009]水溶性阳离子的总质量占比在
5ppm~450ppm
范围内时，硬碳既能使得负极浆料具
有适宜的粘度，又不会在降低水溶性阳离子的总质量过程中在硬碳中引入过多缺陷，使得硬碳兼具良好的加工性能与电化学表现，二次电池具有高的首效和循环稳定性
。
[0010]在任意实施方式中，所述水溶性阳离子包括钠离子（
Na
+
）
、
钾离子（
K
+
）
、
镁离子（
Mg
2+
）
、
钙离子（
Ca
2+
）
、
铝离子（
Al
3+
）中的至少一种
。
[0011]在任意实施方式中，基于所述硬碳的总质量计，所述硬碳中硅元素的质量占比不超过
570ppm
，可选为
300ppm~550ppm。
[0012]生物质基硬碳中硅元素在烧结过程中起到造孔剂的作用，在烧结后残留于生物质基硬碳的体相与表面
。
硅元素质量占比不超过
570ppm
的硬碳使得浆料具有合适且稳定的粘度，有利于电池加工性能的提升
。
[0013]硅元素的质量占比在
300ppm~550ppm
范围内的硬碳既能使得负极浆料具有适宜的粘度
、
较低的杂质含量，又不会在降低硅元素的总质量占比过程中在硬碳中引入过多缺陷，或者影响硬碳的造孔功能，使得硬碳兼具良好的加工性能与电化学表现，二次电池具有高的克容量
、
首效和循环稳定性
。
[0014]在任意实施方式中，基于所述硬碳的总质量计，所述硬碳中水溶性钠离子
、
水溶性钾离子
、
水溶性镁离子
、
水溶性钙离子
、
水溶性铝离子中任意一种离子的质量占比为
1ppm~260ppm。
[0015]在任意实施方式中，所述硬碳在室温的真密度为
1.45g/cm3~1.65g/cm3，可选为
1.45g/cm3~1.6g/cm3。
[0016]真密度在
1.45g/cm3~1.65g/cm3范围内的硬碳具有一定的孔隙
。
活性金属离子，如钠离子，在硬碳微孔内的填充是其容量发挥机制中的重要一种，因此，真密度在上述范围内的硬碳具有高的克容量
。
[0017]本申请的第二方面提供一种硬碳的制备方法，所述制备方法包括水洗步骤，使得基于所述硬碳的质量计，所述硬碳中水溶性阳离子的总质量占比不超过
500ppm
，可选为
5ppm~450ppm。
[0018]水洗具有温和的优点，既能有效降低硬碳中的水溶性离子含量，又不会在硬碳表面留下过多缺陷，从而使得电池具有良好的加工性能
、
首效和循环性能
。
[0019]在任意实施方式中，所述制备方法具体包括以下步骤：提供生物质基碳源；预烧结所述碳源制备前驱体；高温烧结所述前驱体制备产物；水洗所述产物制备所述硬碳
。
[0020]当水洗步骤在高温烧结后进行时，既能够在烧结过程中保留足够的无机元素进行造孔，使得生物质基硬碳具有良好的孔隙率和克容量，又使得生物质基硬碳中的水溶性阳离子在合适的范围内，浆料的粘度高，涂布性能好
。
[0021]在任意实施方式中，所述前驱体和所述产物未经过酸处理
。
[0022]前驱体经过酸处理会导致前驱体中预烧结过程中形成的微孔发生闭孔或缩孔，致使硬碳真密度下降
、
克容量衰减；产物经过酸处理后容易在硬碳的表面
/
微孔中产生缺陷，导致硬碳克容量下降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种硬碳，其特征在于，基于所述硬碳的质量计，所述硬碳中水溶性阳离子的总质量占比不超过
500ppm。2.
根据权利要求1所述的硬碳，其特征在于，基于所述硬碳的质量计，所述硬碳中水溶性阳离子的总质量占比为
5ppm~450ppm。3.
根据权利要求1所述的硬碳，其特征在于，所述水溶性阳离子包括钠离子（
Na
+
）
、
钾离子（
K
+
）
、
镁离子（
Mg
2+
）
、
钙离子（
Ca
2+
）
、
铝离子（
Al
3+
）中的至少一种
。4.
根据权利要求1至3中任一项所述的硬碳，其特征在于，基于所述硬碳的总质量计，所述硬碳中硅元素的质量占比不超过
570ppm。5.
根据权利要求1至3中任一项所述的硬碳，其特征在于，基于所述硬碳的总质量计，所述硬碳中硅元素的质量占比为
300ppm~550ppm。6.
根据权利要求1至3中任一项所述的硬碳，其特征在于，基于所述硬碳的总质量计，所述硬碳中水溶性钠离子
、
水溶性钾离子
、
水溶性镁离子
、
水溶性钙离子
、
水溶性...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴凯，周益，张明，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：