(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111681435.3 (22)申请日 2021.12.28 (71)申请人 上海杉杉科技有限公司 地址 201209 上海市浦东 新区金海路3158 号 (72)发明人 陈兵帅　张秀云　潘福森　范拯华　 王晓阳　胡国志　 (74)专利代理 机构 上海弼兴律师事务所 31283 代理人 刘奉丽　邹玲 (51)Int.Cl. C01B 32/05(2017.01) H01M 4/133(2010.01) H01M 4/587(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) H01M 10/054(2010.01)H01G 11/24(2013.01) H01G 11/32(2013.01) (54)发明名称 一种硬炭材料及其制备方法、 电极、 电池和 应用 (57)摘要 本发明公开了一种硬炭 材料及其制备方法、 电极、 电池和应用。 本发明的硬炭材料的制备方 法包括如下步骤： (1)将成分A经调制， 得到硬炭 前驱体； 其中， 成分A为沥青和/或树脂； 调制后， 硬炭前驱体的软化点低于成分A的软化点20～ 250℃； 硬炭前驱体的粒径体积分布D50为0.1～ 50μm； (2)将硬炭前 驱体经球 形化处理， 固化， 热 处理， 即可； 其中， 球形化处理采用悬浮成球法， 悬浮成球法的温度高于硬炭前驱体的软化点10 ～100℃。 本发明制得的硬炭材料具有较高的球 形度和大范围的乱序结构， 非常适合用于锂离 子、 钠离子的快速嵌入、 脱出， 也适用于超级电容 领域。 权利要求书4页 说明书11页 附图1页 CN 114368739 A 2022.04.19 CN 114368739 A 1.一种硬炭材 料的制备 方法， 其特 征在于， 其包括如下步骤： (1)将成分A经调制， 得到硬炭前驱体； 其中， 所述成分A为沥青和/或树脂； 经所述调制后， 所述硬炭前驱体的软化 点低于所述成分A的软化 点20～250℃； 所述硬炭前驱体的粒径体积分布D5 0为0.1～5 0 μm； (2)将所述硬炭前驱体经球形化处 理， 固化， 热处 理， 即可； 其中， 所述球形化处理采用悬浮成球法， 所述悬浮成球法的温度高于所述硬炭前驱体的软化 点10～10 0℃。 2.如权利要求1所述的硬炭材料的制备方法， 其特征在于， 所述沥青的软化点为120～ 300℃， 例如25 0℃； 较佳地， 所述沥青选自软化 点为120～3 00℃的精制沥青； 和/或， 所述沥青的种类为石油沥青； 和/或， 所述 树脂选自古马龙树脂、 石油树脂和酚醛树脂中的一种或多种； 和/或， 所述调制后， 所述硬炭前驱体的软化点低于所述成分A的软化点40～130℃， 例 如60℃或80℃； 和/或， 所述调制后， 所述硬炭前驱体的软化点为70～250℃， 例如70～90℃、 120～180 ℃或200～250℃， 再例如170℃、 210℃或2 20℃； 和/或， 步骤(1)中， 所述调制包括如下步骤： 将所述成分A和成分B进行混合， 即可； 其 中， 所述成分B包括溶剂和/或增塑剂； 其中， 较佳地， 所述混合的工艺 为搅拌、 混捏或均质化处 理； 其中， 较佳地， 所述混合采用的设备为反应釜、 混捏机或均质机； 其中， 较佳地， 所述混合时的温度为15 0～300℃， 例如25 0℃； 其中， 较佳地， 所述混合的时间为1.5～3 h， 例如2h； 其中， 较佳地， 所述成分A和成分B的质量比为1： (0.05～1)， 更佳地为1： (0.2～0.4)， 例 如1： 0.28或1： 0.34； 其中， 较佳地， 所述溶剂的种类选自洗油、 甲苯、 联苯、 萘和四氢呋喃中的一种或多种； 更佳地， 所述溶剂为2 ‑甲基萘或“甲苯和2‑甲基萘”混合物； 其中， “甲苯和2‑甲基萘”混合物 中甲苯和2 ‑甲基萘的质量比较佳地 为(0.2～1)： 1； 其中， 所述增塑剂的种类 较佳地为邻苯二甲酸 二丁酯或碳 酸丙烯酯； 其中， 所述增塑剂的质量较佳地 为所述成分A的质量的0.01％～ 20％； 其中， 较佳地， 所述成分B还包括造孔剂， 模板剂， 固化剂， 导电助剂和含有益杂质原子 的物质中的一种或多种； 所述造孔剂和所述模板剂均可选自聚乙烯吡咯烷酮、 聚丙烯腈、 聚苯乙烯、 聚甲基丙烯 酸甲酯、 聚环氧乙烷 ‑聚环氧丙烷 ‑聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)、 泊洛沙姆(F127)和氯 化铝中的一种或多种； 其中， 所述造孔剂或所述模板剂的用量较佳地为所述成分A的质量的0.01％～30 ％， 例 如0.1％； 所述固化剂可为甲阶酚醛树脂或羧甲基纤维素钠； 所述导电助剂可为CNT； 所述有益杂质原子可为磷元素或硼元素， 所述含有益杂质原子的物质可选自磷酸、 植权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114368739 A 2酸或硼酸。 3.如权利要求1所述的硬炭材料的制备方法， 其特征在于， 所述硬炭前驱体的粒径体积 分布D50为0.1～3 0 μm， 例如5 μm； 和/或， 步骤(1)中， 在所述调制之后， 还包括粉碎的步骤， 得到所述硬炭前驱体的粒径； 其中， 所述粉碎的方式较佳地 为气流粉碎； 和/或， 步骤(2)中， 所述悬浮成球法的温度高于所述硬炭前驱体的软化点20～50℃， 例 如高于所述硬炭前驱体的软化 点30℃或40℃； 和/或， 步骤(2)中， 所述悬浮成球法的悬浮方式为水浴悬浮成球、 油浴悬浮成球、 水蒸 气悬浮成球或气氛 悬浮成球； 当硬炭前驱体的软化 点为70～90℃， 较佳地采用水浴悬浮成球； 当硬炭前驱体的软化 点为120～180℃， 较佳地采用油浴悬浮成球或水蒸气悬浮成球； 当硬炭前驱体的软化 点为200～250℃， 较佳地采用气氛 悬浮成球； 其中， 当所述悬浮成球法为水浴悬浮成球时， 所述水浴悬浮成球的悬浮介质为水； 较佳地， 所述水浴悬浮成球的悬浮介质中还可包 括氧化性试剂、 成膜剂和掺杂剂中的一种或多种； 所述氧化性试剂可为双氧水或硝酸； 所述 成膜剂可为表面活性剂或聚乙烯醇； 所述 掺杂成分可为磷酸、 硝酸铵或硼酸； 其中， 当所述悬浮成球法为油浴悬浮成球时， 所述油浴悬浮成球的介质较佳地 为导热油， 例如矿物油或有机溶剂； 所述油浴悬浮成球的温度较佳地 为190℃； 所述油浴悬浮成球时还可 添加成膜剂， 例如PVP(聚乙烯吡咯烷酮)； 当所述悬浮成球法为油浴悬浮成球时， 所述硬炭前驱体在悬浮介质中的分散密度较佳 地为5～100g/L， 例如5 0g/L； 在所述油浴悬浮成球时， 较佳地还包括搅拌的步骤， 搅拌的线速度较佳地为1～20m/s， 例如10m/s； 当所述悬浮成球法为油浴悬浮成球时， 较佳地， 在所述球形化处理后、 所述热处理之 前， 还包括将球形化处 理后的粉末进行洗涤的步骤； 所述洗涤的试剂可为本领域常规用于 洗涤的试剂， 例如柴煤油； 所述洗涤的次数 可为1～3次， 较佳地 为2次； 其中， 当所述悬浮成球法为水蒸气悬浮成球， 所述水蒸气悬浮成球的悬浮介质可为饱 和水蒸气或不饱和水蒸气， 所述不饱和水蒸气可为以空气和/或臭氧作为载气的不饱和水 蒸气； 其中， 当所述悬浮成球法为气氛悬浮成球， 所述气氛悬浮成球的悬浮介质可为热氮气、 热空气和热 臭氧的一种或多种； 所述气氛悬浮成球时所述硬炭前驱体在悬浮介质中的分散密度可为0.1～ 10g/L， 再例 如2g/L； 和/或， 所述悬浮成球的时间较佳地 为0.1～48h， 例如0.3 h或0.5h。 4.如权利要求1所述的硬炭材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(2)中， 所述固化的方式 为固化浴； 其中， 所述固化浴的方式可采用物理方式、 化学 方式或物理化学相结合的方式；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114368739 A 3