[发明专利]球形硬碳锂离子电池负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种球形硬碳锂离子电池负极材料，其特征在于：所述球形硬碳锂离子电池负极材料以硬碳为基体，基体外包覆有碳材料，碳材料前躯体为基体质量的1～15％，球形硬碳锂离子电池负极材料形状为球形，粒度范围为1～30μm，所述球形硬碳负极材料为无定形碳，002峰在22.6°～23.8°，而且衍射峰宽化，002晶面的层间距D₀₀₂在0.360～0.480nm之间，比表面积为1.0～73.2m²/g，真密度为1.50～2.20g/cm³，振实密度为0.95～1.52g/cm³，压实密度为1.08～1.63g/cm³。

2.一种球形硬碳锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：一、将硬碳前驱体以转速为100～300r/min，球磨3～40h，得到平均粒径为1.3～4.5μm的颗粒；所述硬碳前驱体为树脂类硬碳前驱体和/或植物类硬碳前驱体；二、按颗粒∶表面活性剂∶水的质量比100∶0.2～10∶200～1500，将颗粒置于含有表面活性剂的水溶液中，转速为100～300r/min，球磨0.5～20h，得到平均粒径为0.9～4.0μm硬碳前驱体的分散体；所述表面活性剂为HLB值在30～40之间的阴离子表面活性剂或HLB值在30～40之间的非离子表面活性剂；三、将分散体进行干燥，得到D₅₀为0.5～25μm，球形度为90～95％的球形硬碳前驱体；四、按包覆物前驱体为球形硬碳前驱体质量的1～15％，在球形硬碳前驱体中加入包覆物前驱体，转速为600～3500r/min，混合时间为30～180min；或将包覆物前驱体置于溶剂中，加入球形硬碳前驱体，球形硬碳前驱体与包覆物前躯体质量之和与溶剂的质量比为1∶2～10，转速800～3000r/min，分散0.5～5h后进行干燥，得到球形硬碳前驱体与包覆物前驱体的混合物；所述包覆物前躯体为沥青、环氧树脂、酚醛树脂、呋喃树脂、丙烯酸树脂、乙基甲基碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚乙烯、聚对苯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丁二酸乙二醇酯、聚癸二酸乙二醇、聚乙二醇亚胺、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚并苯、聚噻吩、聚间苯二胺、聚对苯撑乙烯、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚乙烯基吡咯烷酮、丁苯橡胶和羧甲基纤维素中的一种以上；所述溶剂为水、乙醇、甲醇、丙酮、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、正丁醇、乙醚、石油醚、二氯甲烷或氯仿；五、以1～15℃/min的升温速率，至600～1500℃，保温时间为1～8h，进行热解处理，炉内自然冷却至室温，得到D₅₀为1～30μm，球形度为90～95％的球形硬碳锂离子电池负极材料。

3.根据权利要求2所述的球形硬碳锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述树脂类硬碳前驱体的制备方法：按热塑性树脂质量的＞0至≤75％加入固化剂，将加了固化剂的热塑性树脂固化3～50h，得到固态前驱体，将前驱体以0.1～3℃/min的升温速率到150～450℃，低温预烧2～24h，炉内自然冷却至室温，再以0.3～10℃/min的升温速率到560～1500℃，热解0.5～7.5h，炉内自然冷却至室温，制得树脂类硬碳前驱体；所述热塑性树脂是丙烯酸树脂，聚氯乙烯，聚碳酸酯，环氧树脂，酚醛树脂和聚甲醛中的一种以上；所述固化剂是己二胺，间苯二胺，苯胺甲醛树脂，聚酰胺树脂，邻苯二甲酸酐和苯磺酸中的一种以上。

4.根据权利要求2所述的球形硬碳锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述植物类硬碳前驱体的制备方法：按每100g植物原料加入80～300mL酸或碱，浸泡3～50h，用纯水洗涤至中性，在80～140℃条件下烘干10～40h，自然降至室温，以0.1～10℃/min的升温速率到200～500℃，低温预烧3～20h，炉内自然冷却至室温，再以0.1～10℃/min的升温速率到500～1300℃，热解1～10h，炉内自然冷却至室温，制得植物类硬碳前驱体；所述植物原料是花粉，稻谷壳，甘蔗杆，核桃壳，竹子，酒糟和木屑中的一种以上；所述酸是氢氟酸，硼酸，硫酸，盐酸或硝酸；所述碱是氢氧化钾，氢氧化钙或氢氧化钠。

5.根据权利要求2所述的球形硬碳锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤一球磨采用的球为氧化锆球、不锈钢球或玛瑙球中的一种以上，直径为0.2～2.5cm，球与硬碳前驱体的质量比为1∶80～300。