[发明专利]一种锂离子电池用软炭包覆硬炭负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池用软炭包覆硬炭负极材料的制备方法。热塑性酚醛树脂（含固化剂）经热压固化、焙烧、粉碎后，制得硬炭粉体。硬炭粉体与石油沥青粉体混合后通过炭化处理，沥青包覆在硬炭颗粒表面并形成软炭，从而制得具有核壳结构的软炭包覆硬炭负极材料。与常规硬炭负极材料相比，本发明所制备的材料具有较小的比表面积和更高的首次库伦效率，为硬炭负极在动力电池中的应用提供了方案。另外，酚醛先经热压固化再焙烧，有利于提高残炭率、增加材料的致密性、降低生产成本，同时易于规模化生产。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，具体为一种锂离子电池用软炭包覆硬炭负极材料的制备方法。

背景技术

硬炭是在2500℃以上的高温也难以石墨化的炭材料。作为锂离子电池负极材料，硬炭的克容量可达到400～600 mAh/g，远高于石墨的理论容量372 mAh/g。此外，硬炭负极比石墨负极更安全、循环性能和倍率性能更好，适合电动汽车用锂离子电池。然而，硬炭具有比表面积大、首次库伦效率低的缺点，限制了其实际应用。特别是块体经粉碎后得到的硬炭，其比表面积更大、颗粒表面活性位点更多，导致充放电时副反应增多，从而使首次库伦效率更低。沥青包覆可有效覆盖硬炭表面的活性位点并降低比表面积，而沥青形成的软炭比硬炭化学活性要低，从而提高材料的首次库伦效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池用软炭包覆硬炭负极材料的制备方法，是以热塑性酚醛树脂（含固化剂）为硬炭前驱体、以石油沥青为软炭前驱体，通过沥青在硬炭表面的均匀有效包覆，制备具有核壳结构的软炭包覆硬炭复合材料。

一种软炭包覆硬炭的制备方法，包括以下步骤：(1)以重量计，100份热塑性酚醛粉体与8-14份乌洛托品固化剂均匀混合；(2)混合粉体置于模具中，在160^oC温度、3 MPa压力下进行10min的热压固化成型；(3)固化后的酚醛块体在炭素用焙烧炉中进行焙烧炭化，温度为900-1000^oC，得到酚醛基炭块；(4) 酚醛基炭块经破碎和磨粉后得到酚醛基炭粉，平均粒度为15-20 μm，粒度呈正态分布；(5)将软化点为200-250^oC的石油沥青粉碎至平均粒度为4-6μm的粉体；(6)以重量计，100份酚醛基炭粉与8-10份沥青粉均匀混合，后置于最高温区为1050^oC的推板窑或辊道窑进行烧结，完成沥青对酚醛基硬炭颗粒的包覆及沥青基软炭的形成，得到具有核壳结构的软炭包覆硬炭负极材料。

优选的，所述酚醛树脂软化点为80-120℃，灰分小于0.04%，游离酚小于3%。

优选的，所述石油沥青软化点为200-250℃，灰分小于0.05%，喹啉不溶物小于2%。

有益效果：通过本发明的制备方法，有效减小了硬炭的比表面积，减少了电池首次循环的副反应，提高了首次库伦效率，同时保持了硬炭材料原有的高容量、长循环、高倍率等优点，为硬炭负极在动力电池中的广泛应用提供了可能。此外，本发明中酚醛先经热压固化再焙烧，有利于提高残炭率、增加材料的致密性、降低生产成本，同时易于规模化生产。

附图说明

图1：实施例4的材料的扫描电镜照片

图2：本发明中软炭包覆硬炭的材料结构示意图。

黑色部分为酚醛基硬炭，灰色部分为沥青基软炭。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

下面通过具体实施例对本发明进一步说明。以下所述热塑性酚醛均为同一牌号，软化点为108^oC，游离酚为2.3%。