[发明专利]一种无定型碳的制备方法

说明书

本发明涉及电池负极材料制备技术领域，公开了一种无定形碳负极材料的制备方法，采用乳液聚合对硬碳前驱体表面包覆聚合物，经过高温烧结得到球形硬碳材料，本发明采用的包覆方法可使硬碳前驱体在烧结时保持球形度，最终得到的球形硬碳材料性能均一稳定，加工性能良好，首次放电比容量高于400mAh/g。

技术领域

本发明涉及电池负极材料制备技术领域，尤其涉及一种无定形碳负极材料的制备方法。

背景技术

负极指电源中电位（电势）较低的一端。在原电池中，是指起氧化作用的电极，从物理角度来看，是电路中电子流出的一极。

而负极材料，则是指电池中构成负极的原料，目前常见的负极材料有碳负极材料、锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料、合金类负极材料和纳米级负极材料。

锂离子电池的负极是由负极活性物质碳材料或非碳材料、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成，锂离子电池能否成功地制成，关键在于能否制备出可逆地脱/嵌锂离子的负极材料。

一般来说，选择一种好的负极材料应遵循以下原则：比能量高、相对锂电极的电极电位低、充放电反应可逆性好、与电解液和粘结剂的兼容性好、比表面积小（10m²/g）、真密度高（2.0g/cm³）、嵌锂过程中尺寸和机械稳定性好、资源丰富、价格低廉、在空气中稳定和无毒副作用。目前，已实际用于锂离子电池的负极材料一般都是碳素材料，如石墨、软碳（如焦炭等）、硬碳等。

碳负极材料广泛应用于商品化锂离子电池，碳材料具有比容量高、成本低、循环寿命长等优点。可用于锂离子电池的碳负极材料主要有石墨及无定型碳，人工制造的碳材料存在着不同程度的无序性结构，其中低温碳化制备的无定型碳质材料的结晶性较低，通常被分成两类：软碳（可石墨化碳）和硬碳（不可石墨化碳）。

其中，软碳的结晶度低，晶粒尺寸小，与电解液相容性好；硬碳具有较高的可逆比容量，快速充放电性能好。无定型碳材料相比传统石墨负极材料，具有更高的比容量以及更好的快充性能，近年作为具有替代石墨材料潜力的新型材料被研究工作者所关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种首先通过乳液聚合制备表面包覆聚合物的软碳前驱体，再通过稳定化得到具有核壳结构的软碳前驱体，最后经过高温碳化得到具有核壳结构的无定形碳负极材料的制备方法。

本发明提供的一种无定形碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，称取预定数量的石油焦作为前驱体A，将前驱体A和设定量的蒸馏水、聚合物单体和作为乳化剂的十二烷基硫酸钠（SDS）一并加至反应釜中构成混合体系，并对反应釜抽真空，然后向反应釜中通入氮气、以及对混合体系进行搅拌，待混合体系搅拌30~120分钟后，将混合体系加热到60~70°C并在此温度下以0.5g/min的速率加入作为引发剂的过硫酸铵水溶液进行3~5小时的反应，反应结束后继续对反应后的混合体系搅拌、冷却，待冷却至50°C以下，加入破乳用的甲醇，过滤得到聚合物/石油焦复合的前驱体B；

步骤2，在氮气环境下将步骤1中得到的前驱体B低温预碳碳化处理5~10个小时，获得前驱体C，低温预碳碳化处理的焙烧温度不高于800°C；

步骤3，在氮气环境下将步骤2中得到的前驱体C高温碳化处理，获得具有核壳结构的无定形碳负极材料，高温碳化处理的焙烧温度不低于1000°C。

优选地，所述石油焦的比表面积为2~10m²/g。

优选地，步骤1中，前驱体A的投料量为每1L蒸馏水中投入200~1000g前驱体A。