[发明专利]一种硬碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种硬碳负极材料及其制备方法,涉及锂电池负极材料技术领域,所述制备方法包括：将玻璃钢破碎，筛分得到玻璃钢颗粒A；将颗粒A放入鼓泡床，升温，升温时颗粒A流化翻动，收集预碳化树脂颗粒B；将颗粒B浸入强碱溶液中，加热，将不溶物洗涤至中性，烘干，得到不溶物颗粒C；将颗粒C与淀粉混匀，混匀后的混合物料在惰性气氛下加热，碳化，再在惰性气氛条件下冷却至室温，得到固体D；将固体D粉碎并分级，得到硬碳负极材料；硬碳负极材料由制备方法制得。本发明所述的硬碳负极材料及其制备方法，以玻璃钢为原料，成本低，并且解决了退役风机的无害化处理问题，低成本的技术方案解决了玻璃钢内玻璃与树脂分离的难题。

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料技术领域，具体而言，涉及一种硬碳负极材料及其制备方法。

背景技术

随着能源研究的发展，风电作为一种清洁能源，在国内外都获得了井喷式发展。2018年全球新增风电装机容量达到51.3GW，连续第五年超过50吉瓦。截至去年年底，全球风力发电能力累计达到591GW。风力发电带来清洁能源的同时，大批到达服役年限、或者损坏废弃风机的处理也成为一个难题。因为风机叶片、机舱等主要部件是以玻璃钢为主材的，是环氧树脂、不饱和树脂等塑料渗入长度不同的玻璃纤维做成的增强塑料。这种材质在自然界很难降解，采用深埋等方式处理会带来环境污染。

目前，电动汽车与储能市场的快速发展，对锂电池提出了更高的要求，集中体现在安全性能、循环寿命、快充性能、低温性能、能量密度等方面。而这些性能在很大程度上取决于负极材料。

石墨材料作为目前最成熟的负极材料，占据了95％以上的市场份额。从材料结构来看，由于石墨具有层状结构，层间距0.334nm左右，因此当锂离子进入层与层的间隙中，将使石墨体积膨胀大约10％。如果充电速率过快，效应太过剧烈，将导致石墨的剥落，甚而短路爆炸。一般市售电池之所以充电速率缓慢，主要就是为了避免这种危险。此外，由于电解液兼容性等问题，石墨材料的低温充放电性能也较差。

因此，人们注意力转移到其它材料上，例如软炭、硬炭、炭/硅复合材料、金属氧化物等。而硬炭材料在安全性能、快充性能、低温性能方面表现更为优异。硬炭材料处理温度一般不超过1500℃，层间距大于0.38nm。因此，硬炭材料充放电过程中，基本不发生体积膨胀，属于低应变负极，循环寿命可达到石墨的3-5倍。硬炭材料由于层间距大，嵌锂通道多，因此快充放性能大大优于石墨材料，且不容易发生析锂现象，安全性能极高。此外，硬炭材料可以兼容低温电解液，因此即使在-40℃也可以实现充放电功能。

目前各种硬炭材料的主要生产原料为椰壳、淀粉、沥青、树脂等含碳化合物。这些物质各有优缺点。沥青、椰壳等物质价格低廉，但灰分过高，因此获得的硬炭自放电率与高温存储性能较差。淀粉灰分低，价格适中，但碳化率只有30％左右，单独作为原料使用，能耗略高。树脂类物质，灰分低、结构与纯度可控，但是成本高于其他原材料。

由此可见，如果能够以废弃风机的玻璃钢为原料，解决玻璃与树脂分离的难题，制备树脂基硬炭材料，既能够发挥树脂基硬炭的优点，显著降低硬炭材料成本，又能够解决退役风机的无害化处理问题，无论在技术还是产品方面都能带来显著收益。

发明内容

本发明解决的是现有技术中锂电池负极材料的制备原料成本高，炭化率低，制备出的负极材料性能差的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种硬炭负极材料制备方法，包括如下步骤：

步骤S1、将玻璃钢破碎，筛分得到0.5～3mm的玻璃钢颗粒A；

步骤S2、将所述玻璃钢颗粒A放入鼓泡床，在惰性气氛条件下升温至400～600℃，升温时玻璃钢颗粒A流化翻动，并收集气流吹出的预碳化树脂颗粒B；

步骤S3、将所述预碳化树脂颗粒B浸入至强碱溶液中，加热，将不溶物洗涤至滤液呈中性，烘干，得到不溶物颗粒C；