【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电池材料，具体涉及多孔碳材料及其制备方法、硅碳负极材料及其制备和应用。
技术介绍
1、碳材料是二次电池常用的负极活性材料，但随着市场对二次电池的能量密度的追求越来越高，硅材料等高能量密度材料逐渐受到关注。而硅材料在电池循环过程中的体积膨胀率大，不利于电池性能的发挥，故，厂商选择在多孔碳材料中沉积硅材料，多孔碳材料可有效限制硅材料在充放电循环过程中的膨胀，还可以作为导体促进电子和活性离子在材料中的传输。
2、现有技术中，业界尝试过很多不同孔隙率、不同微孔率的多孔碳材料作为硅沉积的基底材料，尝试着提升材料的能量密度，却忽略了碳材料的其他微观结构(例如，碳原子排列的有序程度)对材料的孔隙结构及对含硅材料的沉积的影响，以及对最终制得的硅碳负极材料的电化学性能的影响。
技术实现思路
1、鉴于此，本申请实施例提供了多孔碳材料及其制备方法、硅碳负极材料及其制备和应用，该多孔碳材料的碳原子排列的有序程度与其介孔率之间满足特殊的数学关系，可用于一种综合电化学性能表现较好的硅碳负极材料。
2、本申请实施例第一方面提供了一种多孔碳材料，包括多个孔径为2nm-50nm的介孔；所述多孔碳材料满足：
3、[5(id/ig-1)]2+[2(rmeso-0.5)]2≤1(式1)，且0.8≤id/ig≤1.2；
4、其中，id/ig为所述多孔碳材料的拉曼光谱的d峰和g峰的峰强比，所述d峰的拉曼位移在1300cm-1-1360cm-1的范围内，所述g峰的拉曼位
5、将id/ig值控制在0.8-1.2的范围内，多孔碳材料的导电性能较好；更重要的是，控制id/ig与其介孔率满足式1，可使得多孔碳材料在导电性能与孔隙结构之间取得平衡，使得最终的多孔碳材料兼具较合适的多孔结构以及较高的电子电导性能，还利于减小硅烷在多孔碳材料的缺陷结构处沉积形成过小的含硅颗粒的风险，从而可用于提供一种综合电化学性能表现较好的硅碳负极材料。
6、本申请实施例第二方面提供了多孔碳材料的制备方法，包括
7、对活性炭进行加热处理，得到多孔碳材料；其中，所述加热处理包括第一升温阶段和第二升温阶段；所述第一升温阶段包括从室温升温至第一温度t1；
8、所述第二升温阶段包括：从所述第一温度t1以第二升温速率s2升温至第二温度t2，并保温；所述s2的单位为℃/min；所述t1、t2的单位为℃；所述s2、t2满足：
9、0.7≤i'd/i'g＜1.2，
10、-59.43+0.39×s2+0.03×t2≤(rmeso-rmeso)×100≤-40.19+0.55×s2+0.03×t2；
11、其中，rmseo为孔径为2nm-50nm的介孔在所述活性炭的总孔体积中的百分体积占比；rmeso为所述介孔的体积在所述多孔碳材料的总孔体积中的百分体积占比；i'd/i'g为所述活性炭的拉曼光谱的d峰和g峰的峰强比；所述d峰的拉曼位移在1300cm-1-1360cm-1的范围内，所述g峰的拉曼位移在1580cm-1-1600cm-1的范围内。
12、上述制备方法步骤简单、工艺可靠性强、生产效率高，可实现大规模工业化生产。
13、本申请实施例第三方面提供了一种硅碳负极材料，包括本申请实施例第一方面提供的多孔碳材料以及位于所述孔中的含硅颗粒。上述硅碳负极材料可兼具较高的电子电导性和较高的容量，且综合电化学性能较好。
14、本申请实施例第四方面提供了一种硅碳负极的制备方法，包括：
15、在本申请实施例第一方面提供的多孔碳材料中沉积含硅颗粒，得到本申请第三方面提供的硅碳负极材料。
16、上述制备方法步骤简单、工艺可靠性强、生产效率高，可实现大规模工业化生产。
17、本申请实施例第五方面提供了一种负极极片，包括本申请实施例第三方面提供的硅碳负极材料。由于带有本申请实施例提供的硅碳负极材料，该负极极片可用于提供一种兼具较高的首次循环效率和较优循环稳定性的二次电池。此外，基于硅碳负极材料的固有属性，该二次电池还可实现较高的能量密度。
18、本申请实施例第六方面提供了一种二次电池，包括正极极片以及本申请实施例第五方面提供的负极极片，以及位于上述正极极片与负极极片之间的电解质。由于带有本申请实施例提供的负极极片，该二次电池具有较好的循环稳定性、较高的首次循环效率，以及较高的能量密度。
19、本申请实施例第七方面提供了一种用电设备，包括本申请实施例第六方面提供的二次电池。由于采用本申请实施例提供的二次电池为其供电，该用电设备具有较好的市场竞争力。
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1.一种多孔碳材料，其特征在于，所述多孔碳材料包括多个孔径为2nm-50nm的介孔；所述多孔碳材料满足：
2.根据权利要求1所述的多孔碳材料，其特征在于，20％≤Rmeso≤90％；所述介孔的总体积在0.3cm3/g-0.7cm3/g的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的多孔碳材料，其特征在于，所述多孔碳材料的比表面积在400m2/g-1600m2/g的范围内。
4.一种多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二升温阶段满足：
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，900℃≤T1≤1100℃；5℃/min≤S2≤20℃/min，1400℃≤T2≤2000℃。
7.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，0≤rmseo≤70％；所述活性炭中的所述介孔的总体积为0-0.8cm3/g；所述活性炭的比表面积为1000m2/g-1600m2/g；所述活性炭的总孔体积为0.3cm3/g-1.4cm3/g；所述活性炭中孔径<2nm的微孔的总体积
8.一种硅碳负极材料，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的多孔碳材料以及位于所述多孔碳材料中的含硅颗粒。
9.根据权利要求8所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料的比表面积≤50m2/g；所述硅碳负极材料的总孔体积≤0.1cm3/g。
10.根据权利要求8所述的硅碳负极材料，其特征在于，所述硅碳负极材料的表面还具有包覆层；所述硅碳负极材料的比表面积≤20m2/g；所述硅碳负极材料的总孔体积≤0.1cm3/g；所述硅碳负极材料中硅元素的质量百分含量为20％-70％。
11.一种硅碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括：
12.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包括如权利要求8-10任一项所述的硅碳负极材料。
13.一种二次电池，其特征在于，所述二次电池包括如权利要求12所述的负极极片。
14.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括如权利要求13所述的二次电池。
...【技术特征摘要】
1.一种多孔碳材料，其特征在于，所述多孔碳材料包括多个孔径为2nm-50nm的介孔；所述多孔碳材料满足：
2.根据权利要求1所述的多孔碳材料，其特征在于，20％≤rmeso≤90％；所述介孔的总体积在0.3cm3/g-0.7cm3/g的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的多孔碳材料，其特征在于，所述多孔碳材料的比表面积在400m2/g-1600m2/g的范围内。
4.一种多孔碳材料的制备方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二升温阶段满足：
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，900℃≤t1≤1100℃；5℃/min≤s2≤20℃/min，1400℃≤t2≤2000℃。
7.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，0≤rmseo≤70％；所述活性炭中的所述介孔的总体积为0-0.8cm3/g；所述活性炭的比表面积为1000m2/g-1600m2/g；所述活性炭的总孔体积为0.3cm3/g-1.4cm3/g；所述活...
【专利技术属性】
技术研发人员：谭爽，刘福鑫，何雨龙，王志勇，
申请(专利权)人：湖南中科星城石墨有限公司，
类型：发明
国别省市：
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