[发明专利]一种高残碳率负极材料前驱体及其制备方法、应用

说明书

本发明公开了一种高残碳率负极材料前驱体，其原料包括：沥青、第二材料和碱金属盐；其中，第二材料为酚醛树脂、葡萄糖、蔗糖、聚糠醇、呋喃树脂和聚偏二氯乙烯中的至少一种。本发明还公开了上述高残碳率负极材料前驱体的制备方法，包括如下步骤：将沥青、第二材料、碱金属盐和溶剂研磨混匀，然后烘干，再于100‑500℃保温1‑40h，冷却后水洗，烘干得到高残碳率负极材料前驱体。本发明还公开了上述高残碳率负极材料前驱体的应用。本发明兼具硬碳和软碳材料的优势，且具有较高的残碳率；制备方法简单，成本低廉。

技术领域

本发明涉及负极材料技术领域，尤其涉及一种高残碳率负极材料前驱体及其制备方法、应用。

背景技术

锂离子电池由于其高电压、高比能、高安全性等优点广泛应用于移动设备，在当下电动车领域的应用亦是如火如荼；由于钠的含量丰富、成本低廉，钠离子电池未来在大规模储能应用上亦具有光明前景。

目前，二次电池内部的碳类负极材料主要为以下两种：石墨、无定形碳(硬碳、软碳)。石墨是目前锂离子电池主要应用的负极材料，但作为层状材料，其存在层间距较小，离子迁移速率慢等缺点，导致石墨材料快充性能不尽如人意；其次，由于热力学原因，石墨材料中钠离子不能实现可逆脱嵌，作为钠离子电池负极材料使用难度较高。无定形碳材料由于其层间距较大，微结构较为松散，整体排列相对无序，适合锂离子快充及钠离子的存储。无定形碳材料按照石墨化的难易程度可以分为软碳(易石墨化碳)和硬碳(难石墨化碳)。其中石油、煤、沥青等碳化后属于软碳，由其制备出来的负极材料由于微晶区域较硬碳来说更为有序，内部缺陷较少，且经过2500℃以上的高温可转化为石墨材料，因此软碳材料的导电性较好。但其较为有序的微观结构，导致其储钠容量不高，制约了其钠离子电池方向的应用。酚醛树脂和糖类如蔗糖等材料碳化后属于硬碳，硬碳材料由于其比容量高、储钠电压低等优点成为钠离子电池最有应用前景的负极材料。然而硬碳前驱体有着碳含量低的缺陷，在高温碳化过程中质量损失大，残碳率低，同时原材料成本较高，亦限制其大规模应用。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高残碳率负极材料前驱体及其制备方法、应用，本发明兼具硬碳和软碳材料的优势，且具有较高的残碳率；使用本发明制备出的锂离子电池负极材料倍率性能优异，使用本发明制备出的钠离子电池负极材料具有良好的钠离子嵌脱能力，倍率性能优异，具有良好的循环稳定性；且制备方法简单，成本低廉。

本发明提出的一种高残碳率负极材料前驱体，其原料包括：沥青、第二材料和碱金属盐；其中，第二材料为酚醛树脂、葡萄糖、蔗糖、聚糠醇、呋喃树脂和聚偏二氯乙烯中的至少一种。

优选地，碱金属盐为氯化镁、氯化钾、氯化钠、硝酸钠、硝酸钾中的至少一种。

优选地，沥青为煤沥青、石油沥青和天然沥青中的至少一种。

优选地，沥青和第二材料的质量比1:0.05-0.5。

优选地，沥青与碱金属盐的质量比为1:5-10。

本发明还提出了上述高残碳率负极材料前驱体的制备方法，包括如下步骤：将沥青、第二材料、碱金属盐和溶剂研磨混匀，然后烘干，再于100-500℃保温1-40h，冷却后水洗，烘干得到高残碳率负极材料前驱体。

上述研磨方式为球磨，优选研磨时间为1-24h，优选球磨转速为400Hz，球料比为10:1，优选球磨时间为2-12h。

优选地，溶剂为水、乙醇、四氢呋喃、甲苯中的至少一种。

优选地，沥青与溶剂的质量比为1:10-30。

优选地，保温时的气体氛围是空气、氧气或真空环境。

优选地，以1-10℃/min的速度升温至100-500℃。

优选地，于200-400℃保温。