[发明专利]改性硬炭负极材料及制备方法、锂离子电池及其负极材料

说明书

本发明公开了改性硬炭负极材料及制备方法、锂离子电池及其负极材料，其中，改性硬炭负极材料的制备方法包括以下步骤：步骤(1)将硬炭炭源依次进行预氧化处理、预碳化处理、碳化处理，得前驱体；所述的预氧化处理的温度为90～210℃；步骤(2)在酚单质溶液中依次加入步骤(1)中的所述前驱体、醛溶液和酸溶液反应后得半成品；步骤(3)将所述的半成品依次进行碳化处理、筛分处理，即得。由本发明的硬炭负极材料为原料制备得到的锂离子电池负极材料的性能优异，兼具首次放电效率高、放电容量高以及0.8V以下容量占比高的性能，得到的锂离子电池的性能更佳。

技术领域

本发明具体涉及改性硬炭负极材料及制备方法、锂离子电池及其负极材料。

背景技术

锂离子电池与原有电池相比，优点表现在容量大、工作电压高、荷电保持能力强、循环使用寿命长、安全性高、可快速充放电、无环境污染、无记忆效应、比能量高等。又因为锂离子二次电池容量的提高主要依赖于负极材料的发展和完善。因此，长期以来，提高锂离子电池负极材料的比容量、减少首次不可逆容量，一直是研究开发的重点。

锂离子电池负极材料使用的石墨材料放电容量(接近理论容量372mAh/g)较低，易造成溶剂分子的共嵌入，使其在充放电过程中层片脱落，导致锂离子电池循环性能差，安全性差，很难满足现状对锂离子电池的要求。

硬炭是指2500℃高温条件下依然难以石墨化的炭，是高分子聚合物的热结碳；由于硬炭具有短程有序，长程无序的特殊碳层结构，更加有利于锂离子的进出，所以硬炭具有很高的理论比容量和优异的倍率性能；但是现有技术中的硬炭材料充放电曲线中电压滞后。

中国专利文献CN105845936A公开了一种锂离子电池用改性硬炭负极材料的制备方法，其包括如下步骤：(1)首先，向甲醛溶液或者乙醛溶液中加入苯酚、强碱，得到水溶性酚醛树脂；(2)将过硫酸铵加入上述步骤(1)制备的水溶性酚醛树脂，待完全溶解完后，加入等体积的植物油，混合均匀后倒入水热反应釜中反应得到固态硬炭前驱体；(3)在氮气或惰性气体的保护下，将步骤(2)所得固态硬炭前驱体升温加热得到硬炭；(4)将硬炭进行球磨或粉碎；(5)在硬炭基体中加入碳源，混合均匀，保温加热得到锂离子电池用改性硬炭负极材料。该硬炭负极材料虽然具有较高的放电容量与首次放电效率，但是由于其在外层包裹上沥青后形成了软炭结构，该结构的锂离子传输速率低于硬炭以致其电压滞后较为明显。因此，开发一款具有较高的放电容量和首次放电效率的同时其电压滞后也不明显的硬炭负极材料具有重要的研究意义以及应用价值。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于克服了现有技术的改性硬炭负极材料形态不规整，以及较高的可逆容量、首次放电效率与充放电曲线中电压滞后不明显的性能无法兼具的缺陷，而提供了改性硬炭负极材料及制备方法、锂离子电池及其负极材料。本发明制备得到的改性硬炭负极材料用于制备锂离子电池时，所得的锂离子电池负极材料的首次放电效率高、放电容量高以及0.8V以下容量的占比高，电压滞后不明显。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供一种改性硬炭负极材料的制备方法，其包括以下步骤：

步骤(1)将硬炭炭源依次进行预氧化处理、预碳化处理、碳化处理，得前驱体；所述的预氧化处理的温度为90～210℃；

步骤(2)在酚单质溶液中依次加入步骤(1)中的所述前驱体、醛溶液和酸溶液反应后得半成品；

步骤(3)将所述的半成品依次进行碳化处理、筛分处理，即得。

步骤(1)中，本领域技术人员知晓，所述的硬炭炭源可为本领域常规，通常为沥青，较佳地为石油沥青和/或煤沥青，更佳地为石油沥青。

其中，所述硬炭炭源的平均粒径D50一般为3～20μm，较佳地为6～10μm，最佳地为9～10μm。