[发明专利]一种高倍率锂离子电池硬炭负极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种高倍率锂离子电池硬炭负极材料的制备方法，包括如下步骤：1)将有机碳源与结构改性剂进行加热混合，冷却后得到前驱体炭材料；2)将前驱体炭材料依次经过粉碎、分级、氧化稳定化得到氧化炭材料；3)将氧化炭材料与包覆剂混合，进行表面改性，再以2～10℃/min的升温速率升至1200℃～1600℃进行高温炭化得到高倍率锂离子电池硬炭负极材料。对硬炭负极材料的缺陷进行改善，通过对制备过程及其包覆工艺的改性，扩大了硬炭材料的层间距，提高硬炭材料大电流充放电性能和循环保持率。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域；尤其涉及一种高倍率锂离子电池硬炭负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有能量密度高、功率特性好、工作电压高、循环寿命长、无污染等优点，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广泛的应用前景，成为近几年广为关注的研究热点。传统的锂电池电极材料有软炭、硬炭、天然石墨之分。不同类型的材料具有不同的锂离子储存、传送特点。与石墨相比而言，硬炭具有电极膨胀小，高循化寿命和倍率性能好等优点。

硬炭是一种由石墨微晶以无定形结构交联堆积组成的新型负极材料，该材料的层间距在0.38～0.4nm之间，大于石墨的0.34nm，有利于锂离子的快速嵌入于脱出，并且材料在锂离子的反复脱嵌过程中形变应力较小，能够保持结构的稳定性，这些性能在电池中最终体现为充电速度的加快和使用寿命的延长。此外，硬炭材料的嵌锂电位要高于石墨，因此在过充时不易析出锂枝晶，从而提高了电池的安全性能。然而硬炭负极材料首次效率低，不可逆容量损失太大，因此要制备高倍率性能的硬炭负极材料，必须对其改性研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种高倍率锂离子电池硬炭负极材料的制备方法，对硬炭负极材料的缺陷进行改善，通过对制备过程及其包覆工艺的改性，扩大了硬炭材料的层间距，提高硬炭材料大电流充放电性能和循环保持率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种高倍率锂离子电池硬炭负极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将有机碳源与结构改性剂进行加热混合，冷却后得到前驱体炭材料；

2)将前驱体炭材料依次经过粉碎、分级、氧化稳定化得到氧化炭材料；

3)将氧化炭材料与包覆剂混合，进行表面改性，再以2～10℃/min的升温速率升至1200℃～1600℃进行高温炭化得到高倍率锂离子电池硬炭负极材料。

所述的有机碳源为植物提取物、沥青、树脂的一种或多种混合物。

所述的植物提取物为淀粉、蔗糖、葡萄糖、纤维素的任意一种或多种混合物，优选为淀粉。

所述的沥青包括中温煤沥青、高温煤沥青、中间相沥青、石油沥青中任意一种或多种。

所述的树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、糠醛树脂、聚酯树脂中的任意一种或多种。

所述的结构改性剂为聚乙二醇、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸三乙醇胺盐、乙撑双硬脂酸酰胺、聚丙烯酰胺。

上述步骤1)中有机碳源与结构改性剂的质量比为2:1～10:1，加热温度为50℃～280℃，混合时间为6～24h。

上述步骤2)中前驱体炭材料空气氧化稳定化温度280℃～330℃，氧化时间6～12h，粉末粒度D50 14～24μm。

所述的包覆剂为包覆沥青，包覆沥青结焦值60％～70％、软化点180℃～250℃、粒度3～7μm、粘度12～15Pa·s。

上述步骤3)中将氧化炭材料与包覆剂混合，进行表面改性的工艺，其升温速率2℃～5℃/min，温度250℃～350℃。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：