[发明专利]一种改性的硬碳复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种改性的硬碳复合材料及其制备方法。本发明提供的制备方法包括：a)用酸洗液对有机生物质碳源进行酸洗，得到酸洗产物；b)将酸洗产物在惰性气体氛围下热处理，得到预处理产物；c)将所述预处理产物、纳米催化载体、有机添加剂和溶剂混合、干燥，得到预碳化产物；d)将所述预碳化产物在惰性气体氛围下加热碳化，得到碳化产物；e)将所述碳化产物在烃类气体和惰性气体氛围下进行化学气相沉积，得到改性的硬碳复合材料。按照本发明提供的制备方法，能够使所得改性的硬碳复合材料的电化学性能大大提高。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种改性的硬碳复合材料及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步，世界对能源的需求日益增加，而地球的石油储备十分有限，且利用石油能源的主要产品-汽车等的尾气排放严重，对环境造成了恶劣影响，因此，开发和利用清洁、环境友好型能源已成为全球追求的目标。近年来，锂离子电池由于具有体积小、质量轻、比能量高、无污染等特点，而被移动电话、笔记本电脑等电子产品大量使用，目前，锂离子电池还成为纯电动汽车(EV)和混合型电动汽车(HEV)用电池的开发研究对象，其应用于纯电动汽车中，能够取代传统石油能源，无排放、无污染，而应用于混合型电动汽车，则能够明显降低油耗，节约石油能源并减少排放污染，且具有较高的经济性。

锂离子电池主要包括正极、负极和隔膜，其中正负极材料及隔膜材料都会对锂离子电池的性能产生较大的影响。因此，对于锂离子电池的正极材料、负极材料及隔膜材料的开发研究已成为业内关注的热点。目前，有不少HEV动力锂电池企业采用硬碳作为负极材料，如本田(Honda)推出的思域HEV，由Blue Energy(本田与GS汤浅合资组建的HEV锂电池企业)提供的动力锂电池，及日产风雅HEV的锂电池等。硬碳是指难以被石墨化的一类碳材料，其作为锂电池负极材料结构稳定，充放电循环使用寿命长，并具有良好的倍率性能，可以满足电动车锂电池大功率充放电的要求。而且，其与常规电解液(如碳酸丙烯酯PC基电解液)的兼容性也优于其它负极材料如石墨材料等。

但是，硬碳材料表面疏松多孔，易吸附空气中的水分与氧气，在表面形成各种C-H官能团，锂离子易与这些官能团反应，造成锂离子的损耗，提高了不可逆容量，降低了首次效率。

为满足锂离子电池的性能需求，现有技术一般会对硬碳负极材料进行改性，其中，石墨烯由于具有较高的比表面积和电导率，常用作硬碳材料的改性。例如公开号为CN104064366A的专利申请利用氧化石墨烯与硬碳材料通过化学交联反应的方式得到石墨烯-硬碳复合材料，然而，这种方法制备工艺复杂，对环境污染大，制作成本高，难以实现商业化，无法解决市场生产应用的现实问题。公开号为CN106206047A的专利申请提出向硬碳材料中直接添加石墨烯颗粒，这种方法得到的改性材料中石墨烯颗粒片层与硬碳材料未形成优势结构搭配，石墨烯片层还易堆积，改性材料比表面积变差，且对锂离子电池使用性能的改善效果并不明显。因此，开发性能优异的负极材料已成为业内广泛关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改性的硬碳复合材料及其制备方法，按照本发明提供的制备方法制得的改性的硬碳复合材料具有优异的电化学性能，使锂离子电池的使用性能得到明显提升。

本发明提供了一种改性的硬碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

a)用酸洗液对有机生物质碳源进行酸洗，得到酸洗产物；

b)将酸洗产物在惰性气体氛围下热处理，得到预处理产物；

c)将所述预处理产物、纳米催化载体、有机添加剂和溶剂混合、干燥，得到预碳化产物；

d)将所述预碳化产物在惰性气体氛围下加热碳化，得到碳化产物；

e)将所述碳化产物在烃类气体和惰性气体氛围下进行化学气相沉积，得到改性的硬碳复合材料。