[发明专利]一种高容量锂离子电池硬炭负极材料的制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体地说是一种高容量锂离子电池硬炭负极材料的制备方法，包括如下步骤：制备碳源前驱体粉体；碳源前驱体粉体与氧化剂混合；混合物依次进行低温氧化反应、高温氧化反应；预碳化处理、碳化处理。本发明同现有技术相比，可以广泛利用树脂、沥青等有机碳源作为硬炭合成的基体材料，原料来源广泛，在一定程度上有助于降低生产成本；且制备工艺简单，条件温和可控，有助于提高产品批次稳定性，适合工业化连续生产；制备的高容量硬炭负极材料具有高放电容量和首次充放电效率，其制成的扣式电池的综合性能优良。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，具体地说是一种高容量锂离子电池硬炭负极材料的制备方法。

背景技术

在能源存储领域，铅酸电池、镉镍电池、镍氢电池等传统的二次电池，因能量密度小、开路电压低、使用寿命短、污染环境、有记忆效应以及自放电率大等缺点而不能满足便携式电子产品发展的需要。锂离子二次电池因其高的能量密度、稳定的充放电平台、宽的工作温度区间、低的自放电率、长的循环寿命并且对环境友好等优点，成为了新能源领域中的重点研究对象。除了满足电子产品多样化的发展需求以外，锂离子二次电池也是电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)的理想电源。要使电动汽车具有令人满意的续航里程并保持需要的速度，其储能设备所用材料须具备高能量密度、高功率密度以及安全性。

硬炭负极材料由于具有特殊的乱堆立体碳结构，更适合在大电流充放电下使用而备受关注。良好的安全性和极佳的循环稳定性使其有望在电动汽车上得到快速应用。

专利CN1947286A提出采用交联反应法制备多孔性沥青，然后经空气氧化制得难石墨化的硬炭材料。这种方法存在制备工艺冗长复杂，生产成本高，因而难以实现商业化。中国专利CN103754858A提出采用高分子聚合物和交联剂经多次固化和碳化处理制备硬炭材料，同样存在制备工艺繁琐，不适宜大批量商业化生产等问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中工艺复杂、成本高、难以工业化的缺陷，提供一种工艺简单、原料来源广泛且成本低，电化学性能优良、性能稳定一致的硬炭负极材料。

为实现上述目的，设计一种高容量锂离子电池硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

(1)、将碳源前驱体粉碎并过80目筛网，取筛下物得D50粒径为8～10μm的碳源前驱体粉体；所述碳源前驱体为高软化点沥青、COPNA树脂、酚醛树脂或环氧树脂中的至少一种；

(2)、碳源前驱体粉体与氧化剂按质量比100∶1～100∶50进行混合，得到均一的混合料；所述氧化剂为浓度为10～30％双氧水、浓度为80～98％浓硫酸、浓度为10～68％硝酸、分析纯高锰酸钾、分析纯过硫酸铵、分析纯过硫酸钠或分析纯过硫酸钾中的至少一种；当氧化剂采用液体时与碳源前驱体粉体进行液相混合时，还需加入分散剂，所述碳源前驱体粉体与分散剂的质量比不大于60∶100；所述的分散剂为去离子水；

(3)、所得混合料先以50～100℃低温下氧化反应1～10小时，再以110～250℃高温下氧化反应1～10小时，降温至室温得被氧化的碳源前驱体；

(4)、所得被氧化的碳源前驱体在惰性气体保护下，以500～700℃进行预碳化处理0.5～6小时，降温至室温；

(5)、所得粉体在惰性气体保护下，以800～1300℃进行碳化处理1～6小时，降温至室温，过筛即得高容量锂离子电池硬炭负极材料。

高软化点沥青为软化点为200～300℃的高温煤沥青或高温石油沥青。

所述的COPNA树脂为热塑型聚合物在酸性介质下与交联剂反应所得，所述的热塑型聚合物：交联剂：酸性介质的质量份数比为100∶100∶1～100∶10∶20，反应温度为120～250℃，反应时间为2～6小时；