[发明专利]一种锂离子电池软碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，具体地，本发明涉及一种锂离子电池软碳负极材料及其制备方法。本发明通过将软碳原料破碎、碳化处理，并通过含锂化合物和/或活化试剂对材料进行活化的表面改性，反应过程中材料表面已形成了致密的SEI膜，阻断了电解液与软碳材料的接触，同时减少了锂离子的不可逆消耗，从而提高首次可逆容量和首次库伦效率，并明显改善倍率性能和循环性能。本发明制备工艺简单、原料成本低，易于规模化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，具体地，本发明涉及一种锂离子电池软碳负极材料及其制备方法。

背景技术

负极材料是决定锂离子电池性能的关键因素之一，目前，商品化锂离子电池负极材料主要为石墨类碳材料，如人造石墨、天然石墨和中间相炭微球等。然而，石墨类负极材料因其比容量较低（372mAh/g）、大倍率充放电性能不佳和锂沉积带来的安全性问题使其较难跟上电子设备小型化、车用及电动工具用锂离子电池大功率、高容量等需求的步伐，因而需要研发可替代当前石墨类材料的高能量密度、高安全性能、长循环寿命且可大倍率充放电的新型锂离子电池负极材料。软碳类负极材料因具有不规则乱层结构，故其快速充电性能、循环性能和安全性能优异，近几年国内外针对此类材料进行了一系列的研究。而它在当前存在主要问题有容量低（300mAh/g）、首次库伦效率低（<80%），因此软碳材料在容量和效率方面有很大的提升空间。CN101916856A公开了一种锂离子动力与储能电池用负极材料及其制备方法，采用加入催化剂的沥青，经500～1300℃碳化处理得到，制备方法包括：升温升压，发生碳化热缩聚反应，然后洗涤、抽提、再洗涤，烘干得到中间相小球前驱体，再经碳化处理，得到锂离子动力与储能电池用负极材料，其容量为300mAh/g，相对石墨负极而言，容量较低。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种能够提高软碳负极材料的比容量和首次库伦效率，同时兼顾优异的循环性能和倍率性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子动力电池与储能电池用软碳负极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

（1）将软碳原料破碎、碳化处理，得到软碳前驱体材料；

（2）将所述软碳前驱体材料与含锂化合物或/和活化剂混合，然后在450～1650℃温度下热解处理，最后纯水洗涤、干燥，得到软碳负极材料。

作为本发明所述方法的优选，所述步骤（1）具体包括：将软碳原料破碎至粒径为2～55μm，然后置于反应器中，通入保护性气体，以1.0～15.0℃/min升温速率升温至380.0～1530.0℃，保温0.6～9.0h，自然冷却至室温。所述步骤（2）具体包括将所述软碳前驱体材料与含锂化合物或/和活化剂按照质量比100:1～1:25进行混合，通入保护性气体，以0.4～30℃/min升温速率升温至450-1650℃温度进行热解处理，最后纯水洗涤、干燥，得到软碳负极材料。

优选地，所述软碳原料为2500℃以上可石墨化的非晶态碳材料。原料可以是石油焦、针状焦、碳纤维和非石墨化中间相碳微球中的1种或至少2种的组合。所述组合典型但非限定性的例子有：石油焦和针状焦，石油焦和碳纤维，石油焦和非石墨化中间相碳微球，针状焦和碳纤维，针状焦和非石墨化中间相碳微球，碳纤维和非石墨化中间相碳微球，石油焦、针状焦和碳纤维，针状焦、碳纤维和非石墨化中间相碳微球。

优选地，所述软碳原料的粒径为2～55μm，例如2.1μm、2.5μm、3.5μm、5μm、10μm、30μm、50μm、52μm或54.5μm，更优选为2.0～40.0μm。

优选地，所述软碳原料的碳含量不低于98.0%，例如例如98.1%、98.5%、98.9%、99.1%、99.5%、99.9%或99.99%。

优选地，所述软碳原料中磁性异物的总含量为0.1ppm以下，所述磁性异物包括但不限于Fe、Cr、Ni和Zn。