(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 202111572036.3 (22)申请日 2021.12.21 (71)申请人 中国科学院宁波材 料技术与工程研 究所 地址 315201 浙江省宁波市镇海区庄市大 道519号 (72)发明人 何海勇　尹波　程博士　苏甜　 (74)专利代理 机构 北京元周律知识产权代理有 限公司 1 1540 代理人 杨晓云 (51)Int.Cl. H01M 4/36(2006.01) H01M 4/587(2010.01) H01M 4/133(2010.01) H01M 10/0525(2010.01) (54)发明名称 一种软硬碳复合材 料及其制备方法、 应用 (57)摘要 本申请公开了一种软硬碳复合材料及其制 备方法和应用， 所述软硬碳复合材料包括软碳和 硬碳； 所述硬碳为空心颗粒组成的纳米片； 所述 软碳填充在所述空心颗粒的内部和空隙。 本申请 提供的软硬碳复合材料中的硬碳充当钾离子运 输的高速网络通道； 软碳作为储钾的主体完美填 充到硬碳骨架中， 发达的硬碳网络通道可以将钾 离子快速准确点的运输到每个限制域内的软碳 处。 权利要求书1页 说明书6页 附图5页 CN 114373908 A 2022.04.19 CN 114373908 A 1.一种软硬碳复合材 料， 其特征在于， 所述软硬碳复合材 料包括软碳和硬碳； 所述硬碳 为空心颗粒组成的纳米片； 所述软碳 填充在所述空心颗粒的内部和空隙。 2.根据权利要求1所述的软硬碳复合材料， 其特征在于， 在所述软硬碳复合材料中， 所 述硬碳的质量含量 为2‑3％。 3.权利要求1或2所述的软硬碳复合材 料的制备 方法， 其特 征在于， 所述制备 方法包括： 在非活性气氛下， 将含有硬碳前驱体和软碳前驱体的原料烧结， 即可得到所述软硬碳 复合材料； 所述软碳前驱体选自沥青； 所述硬碳前驱体选自物料A、 双氰胺中的至少一种； 所述物料A包括 三聚氰胺类似物。 4.根据权利要求3所述的制备方法， 其特征在于， 所述三聚氰胺类似物选自三聚氰胺、 氨基树脂、 磷酸 三聚氰胺、 硫酸 三聚氰胺中的至少一种； 所述沥青选自天然沥青、 煤焦 沥青、 石油沥青中的至少一种。 5.根据权利要求3所述的制备 方法， 其特 征在于， 在所述物料A中， 还 包括促进剂； 所述促进剂选自磷酸氢二铵、 氯化铵中的至少一种。 6.根据权利要求3所述的制备方法， 其特征在于， 所述双 氰胺和所述沥青的质量比为3: 1～12:2。 7.根据权利要求3所述的制备方法， 其特征在于， 所述三 聚氰胺类似物和所述沥青的质 量比为12:1～12:2。 8.根据权利要求5所述的制备方法， 其特征在于， 所述三 聚氰胺类似物和所述促进剂的 质量比为0.5～10； 优选地， 所述烧结包括依次进行的第一阶段和第二阶段； 所述第一阶段的温度为20 0‑800℃； 时间为 4‑8h； 所述第二阶段的温度为80 0‑1300℃； 时间为2 ‑4h； 优选地， 所述制备 方法包括： (1)将含有硬碳前驱体、 软碳前驱体和烃类溶剂的物料B， 搅拌挥发溶剂， 得到混合物M； (2)在非活性气氛 下， 将所述混合物M烧结， 即可 得到所述软硬碳复合材 料； 优选地， 所述烃类溶剂选自二硫化碳、 N,N ‑二甲基甲酰胺、 正己烷、 二甲苯、 四氯化碳中 的至少一种； 优选地， 在所述烧结 前， 还包括将所述混合物M进行研磨。 9.一种负极材料， 其特征在于， 所述负极材料选自权利要求1或2所述的软硬碳复合材 料、 根据权利要求3 ‑8任一项所述方法制备 得到的软硬碳复合材 料中的至少一种。 10.权利要求9所述的负极材 料中的至少一种在钾离 子电池中的应用。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114373908 A 2一种软硬碳复合材料及其制备方 法、 应用 技术领域 [0001]本申请涉及一种软硬碳复合材 料及其制备 方法及应用， 属于材 料能源化学 领域。 背景技术 [0002]作为21世纪最具有潜力的大规模商业化的储能应用技术锂离子电池(LIBs)， 由于 锂源丰富度低、 造价成本高致使锂离子电池无法扩展应用。 钾离子电池作为新型 的储能体 系， 和锂离子电池具有相似的工作 原理； 而且钾在地壳中的丰富度远大于锂； 钾的还原电位 (‑2.936V vs.K+/K)与锂的还原电位相近。 相比之下， 钾离子电池是更具研究价值和潜力的 储能体系。 然而， K原子半径 为 远大于Li的原子半径 这直接导致了钾离子 在正负极材料中的迁移 率减小， 脱嵌的过程也变得尤为困难。 因此， 研发新型的材料来满足 钾离子在材料中脱嵌时需要的层间距显得 尤为重要。 发明内容 [0003]本申请提供了一种软硬碳复合材料及其制 备方法、 应用， 所述软硬碳复合材料包 括软碳和硬碳； 所述硬碳为空心颗粒组成的纳米片； 所述软碳填充在所述空心颗粒 的内部 和外表面， 是一种具有高速网络通道的软硬碳复合物钾电池材 料。 [0004]根据本申请的第一方面， 提供了一种软硬碳复合材料， 所述软硬碳复合材料包括 软碳和硬碳； [0005]所述硬碳为空心颗粒组成的纳米片； 所述软碳填充在所述空心颗粒的内部和空 隙。 [0006]具体地， 所述软碳填充在所述空心颗粒的内部、 间隙和空心颗粒组成的纳米片表 面。 [0007]可选地， 所述纳米片的厚度为10 ‑30nm； [0008]可选地， 在所述软硬碳复合材 料中， 所述硬碳的质量含量 为2‑3％。 [0009]可选地， 在所述软硬碳复合材 料中， 所述硬碳的质量含量 为2.5％。 [0010]具体地， 由于本申请中的软硬碳复合材料尺寸为纳米片， 增大了电极材料与电解 质的接触面积， 缩短K+的传输路径， 提高钾离子的传输速率； 三聚氰胺类似物衍生的硬碳不 仅仅作为材料的碳骨架而且充当钾离子运输的高速网络通道； 沥青衍生的软碳作为储钾的 主体完美填充到硬碳骨架中， 发达的硬碳网络通道可以将钾离子快速准确点的运输到每个 限制域内的软碳处。 [0011]根据本申请的第二方面， 提供了一种上述软硬碳复合材料的制 备方法， 所述制 备 方法包括： [0012]在非活性气氛下， 将含有硬碳前驱体和软碳前驱体的原料烧结， 即可得到所述软 硬碳复合材 料； [0013]所述软碳前驱体选自沥青； [0014]所述硬碳前驱体选自物料A、 双氰胺中的至少一种；说　明　书 1/6 页 3 CN 114373908 A 3