[发明专利]一种硬碳负极材料、其制备方法、锂离子电池及该电池的制备方法

说明书

本发明提供了一种硬碳负极材料、其制备方法、锂离子电池及该电池的制备方法。硬碳负极材料的制备方法包括：(1)在保护气氛下，对生物质壳进行加热，再对加热处理过的生物质壳进行催化剂浸渍，固液分离，得到预处理过的生物质壳；(2)在惰性气氛下，加热预处理过的生物质壳进行催化炭化，得到所述负极材料。本发明提供的硬碳负极材料比容量高，循环寿命长，循环稳定性好，倍率性能好。本发明提供的负极材料制备方法温和可控、原料来源广，且对环境无害，易于进行产业化大规模生产。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及一种硬碳负极材料、其制备方法、锂离子电池及该电池的制备方法。

背景技术

二次锂离子电源具有快速充电和大倍率放电的特点，是未来新能源汽车和大规模储能领域的首要选择。其中电池的正负极活性物质材料的选择是影响电池电化学性能的根本原因。目前，碳基负极材料作为一种综合性能优异的锂离子电池负极材料，一直是新能源领域研究的热点和方向。

石墨类碳负极材料是目前商业化锂离子电池应用最广泛的负极材料。但是石墨碳呈层状结构，使得电池在进行充放电循环时锂离子的扩散速度比较慢，影响了负极材料的倍率性能；另外石墨碳与电解液的相容性也比较差，在充放电过程中电解液离子和锂离子可能共同嵌入到负极材料中，导致负极材料结构遭到破坏，从而影响了电池的循环稳定性能和库伦效率。

硬碳指的是石墨化程度较低的碳材料，通常采用热解高分子有机聚合物制备得到，具有无序、类石墨结构微晶层和大量孔结构。硬碳相较于其它炭基材料具有以下优点：(1)各向同性结构；(2)层间距较大；(3)应力变化小；(4)嵌锂容量高；(5)导电性好；(6)工艺简单等。正是硬碳的这些独特的优势使得其在锂离子电池负极材料方面受到人们的再次关注。现阶段人们对于硬碳材料的研究主要集中在碳源的种类、制备方法等对材料形貌和性能的影响。

CN107068997A提供了一种基于碳生物质壳的硬碳/石墨复合材料的制备方法，所述方法以山竹壳或核桃壳、石墨为原材料，经过一系列原料预处理、混合、炭化之后，得到硬碳/石墨复合材料。具体制备方法为：向碱性溶液中加入含碳生物质壳粉末，置于不锈钢反应釜中，于密封水热，待产物随炉冷至室温后取出，加入足量酸清洗，再用纯净水洗涤至中性，并去除多余无机盐杂质离子，得到硬碳前驱体；将硬碳前驱体与石墨粉末混合，球磨细化，得到混合前驱体；将混合前驱体在惰性气体气氛下，于800～1500℃炭化2～10h，用足量的酸去除硅，再用大量清水洗至中性，最后进行烘干，边干燥一边碾碎，得到硬碳/石墨烯复合材料。该方案的不足之处在于比容量和循环寿命仍有待提高。

虽然硬碳材料作为电池负极材料的制备方法目前已经有很多种，但是目前生产技术还不是很成熟。因此，开发一种比容量高、循环寿命长的生物质类硬碳负极材料对于本领域具有重要意义。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种硬碳负极材料、其制备方法、锂离子电池及该电池的制备方法。本发明提供的硬碳负极材料用生物质材料作为原料，比容量高，循环寿命长，循环稳定性好，制备方法环境友好、安全性好、工艺简单且能耗低。本发明提供的锂离子电池性能优良。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)在保护气氛下，对生物质壳进行加热，再对加热处理过的生物质壳进行催化剂浸渍，固液分离，，得到预处理过的生物质壳；

(2)在惰性气氛下，加热步骤(1)所述预处理过的生物质壳进行催化炭化，得到所述负极材料。