【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及负极材料及二次电池，具体而言，涉及一种碳材料、复合负极材料及锂离子电池。
技术介绍
1、锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、无记忆效应和轻量化等优点，被广泛应用于手机、笔记本电脑、电动汽车等领域。随着科技的发展，人们对锂离子电池的要求不断提升。为了提高电池的能量密度，硅基负极材料受到了越来越多的关注，硅负极的比容量与传统石墨负极相比，高出了一个数量级，是石墨锂存储容量的近十倍。然而，尽管硅负极具有卓越的理论容量，但它的循环寿命很差，其有限的循环寿命主要是由硅在锂化过程中的体积膨胀造成的。完全锂化后，硅的体积膨胀高达 300%，导致负极材料粉化失效，甚至脱离集流体，造成不可逆的结构损伤和性能衰减。目前人们已经对各种硅结构和硅碳基复合材料进行了研究，以减小锂化引起的应力并抑制硅的结构破坏。
2、构建三维多孔结构来保护硅是提高复合材料电化学性能的有效策略，例如，构建3d空心多孔纳米球结构，可以增大层间距，有利于锂离子的嵌入和脱嵌，具有更快的传输动力学，并且可以为硅的沉积提供更多位点，为其体积膨胀提供更大的空间。但3d空心多孔纳米球结构内部的巨大空腔会降低体积能量密度，因此，亟待提供一种新的碳材料以解决负极材料难以兼具良好的体积能量密度、容量以及循环性能的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种碳材料、复合负极材料及锂离子电池，以解决现有技术中碳材料难以同时具有高硅负载量、高体积能量密度的问题。
2、为了实现上述目的，根据本专利技术
3、进一步地，碳材料具有微孔，以碳材料的总孔体积为100%计，碳材料的微孔的孔体积占比≤13%。
4、进一步地，碳材料具有大孔，以碳材料的总孔体积为100%计，碳材料的大孔的孔体积占比≤10%。
5、进一步地，碳材料的比表面积为75~90 m2/g。
6、进一步地，碳材料的平均孔径为5~8 nm。
7、进一步地，碳材料的厚度为108~135 nm。
8、进一步地，碳材料中含有磷元素，以碳材料的质量分数为100%计，磷元素的质量分数为7.6%~10.6%；
9、进一步地，碳材料中含有氮元素，以碳材料的质量分数为100%计，氮元素的质量分数为7.8%~8.9%。
10、进一步地，碳材料包括人造石墨、天然石墨、无定形碳、活性炭、中间相碳微珠、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中的至少一种。
11、根据本专利技术的第二方面，提供了一种复合负极材料，其包括本专利技术第一方面的碳材料和活性物质，活性物质至少部分位于碳材料的孔内。
12、进一步地，活性物质包括li、na、k、sn、ge、si、fe、mg、sio、ti、zn、al、p、cu中的至少一种。
13、进一步地，活性物质包括硅基材料，硅基材料包括非晶硅、晶体硅、晶体硅与非晶硅的复合物、硅氧化物、硅合金中的至少一种。
14、进一步地，以复合负极材料的质量分数为100%计，硅元素的质量分数为35%~50%。
15、进一步地，碳材料的孔体积为复合负极材料孔体积的2.5~8.5倍。
16、进一步地，碳材料的介孔孔体积为复合负极材料介孔孔体积的4~16倍。
17、进一步地，复合负极材料的平均孔径为2.0~4.5 nm。
18、进一步地，复合负极材料的比表面积为160~185 m2/g。
19、进一步地，复合负极材料的总孔体积为0.1~0.18 cm3/g。
20、根据本专利技术的第三方面，提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括本专利技术第一方面的碳材料、本专利技术第二方面的复合负极材料。
21、应用本专利技术的技术方案，控制碳材料为碗状结构，可在一定程度上缓解充放电过程中负极材料的体积膨胀，改善循环性能，同时，相比于3d空心多孔纳米球结构，碗状结构内部空腔相对较少，有助于降低负极材料的体积能量密度；此外，通过对碳材料孔结构进行调控，该碳材料上可以负载更多的硅，有助于提高负极材料的比容量。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种碳材料，其特征在于，所述碳材料为碗状结构、具有孔，其中，所述孔包括介孔，以所述碳材料的孔体积为100%计，所述碳材料的介孔的孔体积占比≥78%；所述碳材料的总孔体积为0.49~0.9 cm3/g。
2.根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于，所述碳材料包括如下特征中的至少一项：
3.根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于，所述碳材料包括如下特征中的至少一项：
4.根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于，所述碳材料包括人造石墨、天然石墨、无定形碳、活性炭、中间相碳微珠、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中的至少一种。
5.一种复合负极材料，其特征在于，包括权利要求1至4中任一项所述的碳材料和活性物质，所述活性物质至少部分位于所述碳材料的所述孔内。
6.根据权利要求5所述的复合负极材料，其特征在于，所述活性物质包括Li、Na、K、Sn、Ge、Si、Fe、Mg、SiO、Ti、Zn、Al、P、Cu中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的复合负极材料，其特征在于，所述活性物质包括硅基材料，所述硅基材料包括非晶硅、晶体
8.根据权利要求7所述的复合负极材料，其特征在于，以所述复合负极材料的质量分数为100%计，所述复合负极材料中，硅元素的质量分数为35%~50%。
9.根据权利要求5所述的复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料包括如下特征中的至少一项：
10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求1至4中任一项所述碳材料或权利要求5至9中任一项所述复合负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种碳材料，其特征在于，所述碳材料为碗状结构、具有孔，其中，所述孔包括介孔，以所述碳材料的孔体积为100%计，所述碳材料的介孔的孔体积占比≥78%；所述碳材料的总孔体积为0.49~0.9 cm3/g。
2.根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于，所述碳材料包括如下特征中的至少一项：
3.根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于，所述碳材料包括如下特征中的至少一项：
4.根据权利要求1所述的碳材料，其特征在于，所述碳材料包括人造石墨、天然石墨、无定形碳、活性炭、中间相碳微珠、碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯中的至少一种。
5.一种复合负极材料，其特征在于，包括权利要求1至4中任一项所述的碳材料和活性物质，所述活性物质至少部分位于所述碳材料的所述孔内。
6.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：马泽超，何鹏，郭锷明，任建国，贺雪琴，
申请(专利权)人：贝特瑞新材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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