[发明专利]一种低温动力电池煤基改性炭负极材料的制备方法

说明书

本发明的一种低温动力电池煤基改性炭负极材料的制备方法，步骤如下：以煤为原料，粉碎后添加氧化插层剂，采用氧化插层法处理，层间距扩大到0.6～1.5nm，获得煤的插层溶液，洗涤至中性后得到煤的插层化合物溶液；向其中添加添加剂，超声分散均匀，烘干后预处理，将预处理产物热解后冷却，并磨细过325目筛，制得低温动力电池煤基改性炭负极材料。该方法设备常见、造价低，操作简单，采用煤原料成本相对较低，采用添加剂将比表面积控制在1～10m²/g，使材料首次库伦效率达到85～95％，层间距达到0.35～0.45nm，有利于低温锂离子扩散，能够在‑70℃使用，同时在低温情况下不析锂，安全性能好。

技术领域：

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种低温动力电池煤基改性炭负极材料的制备方法。

背景技术：

随着石油、天然气等不可再生石化燃料的耗竭日益受到关注，以及空气污染和室温效应成为全球性的问题。解决能源问题、走低碳经济道路实现可持续发展已经成为世界各国的普遍共识，我国应对全球气候变化及绿色低碳发展成为一项重要课题。为此，新能源汽车成为全球经济发展的重点方向获得了飞快发展，展示了极为广阔的应用前景。新能源汽车主要依靠二次电池储存能量，二次电池能够反复充放电，效率高、环境适应性强，具有更好的经济实用性，成为储能研究的主要方向。

然而低温是动力电池遇到的最大瓶颈，波士顿电池发现低温对电池寿命有致命影响：容量为3.5Ah的电池，在-10℃时，电量急剧衰减至0.5Ah，基本报废。最好的电动汽车特斯拉在北欧就遇到了类似问题。低温是电动汽车大敌，不解决这一问题，电动汽车就很难在高寒地区推广。

电池充放电属于电化学反应，既然与化学相关，就与温度有着莫大关系，随温度下降，反应显著变慢，导致放电功率下降，甚至循环性能显著下降。对比低温对电池极材料的影响，负极锂离子扩散系数下降更为明显，其影响超过正极、界面电阻增加以及电解液导电能力的下降。因此开发具有高扩散系数的锂离子电池负极材料成为解决低温性能的最关键因素之一。近期研究表明，层间距小是导致扩散系数低，影响低温性能的关键因素，大层间距有利于锂离子扩散。常用的石墨类产品层间距小(0.335nm)，不适用于低温环境。而热解碳类产品虽然层间距较大，但是市场上常用的热解碳通常作为活性炭使用，比表面积也很大(＞10m²/g)，这样造成首次库伦效率低，同时热解碳前驱体成本高，造成热解碳成本也相应很高，不适于电池产业化发展。

我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，煤炭成本低，并且产能在世界上也处于领先地位。对其进行化学加工以及热解，获得可用于二次电池碳电极材料的高端产品，是煤炭洁净利用技术的重要方向之一，同时也能大幅度降低二次电池负极材料的制备成本。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种低温动力电池煤基改性炭负极材料的制备方法，该材料低温性能好、比表面积小、层间距大、容量高、循环性能好、首次充放电效率高、制备方法简单、成本低。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种低温动力电池煤基改性炭负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)以煤为原料，粉碎至300目，向其中添加氧化插层剂，采用氧化插层法处理，层间距扩大到0.6～1.5nm，获得煤的插层溶液，用去离子水将煤的插层溶液洗涤至中性，得到煤的插层化合物溶液；

(2)将添加剂溶于煤的插层化合物溶液中，超声分散均匀，烘干水份，然后进行预处理，得到预处理产物，其中，所述的添加剂添加质量为煤原料质量的1～50％；

(3)将预处理产物在惰性气氛中于800～2000℃进行热解，热解时间为1～48h，热解后冷却，并磨细过325目筛，制得低温动力电池煤基改性炭负极材料。

所述的步骤(1)中，煤为褐煤、烟煤或无烟煤中的一种或几种混合。