[发明专利]一种性能改善的改性硬碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种性能改善的改性硬碳负极材料及其制备方法，其制备方法所制备的改性硬碳负极材料包括有硬碳基体、包覆在硬碳基体表面至少一部分的第一包覆层以及包覆在第一包覆层表面至少一部分的第二包覆层；且制备得出的改性硬碳负极材料的首次充放电效率普遍较高，嵌锂、脱锂性能好，并且具有优异的循环容量保持率。

技术领域

本发明涉及锂电池领域技术，尤其是指一种性能改善的改性硬碳负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池因具有比能量高、工作电压高、应用温度范围宽、自放电率低、循环寿命长、无污染和安全性能好等优点，近年来在各大领域上均被广泛应用。传统的锂离子电池一般采用石墨或硅-碳作为负极材料保证电池循环过程中锂离子在正负极中高效的脱嵌。

但是，由于石墨材料的石墨化程度高，具有高度的层状结构，导致嵌锂空间小，以致于石墨的嵌锂容量较低，并且，石墨的循环性能较差，使得电池能量密度无法进一步大幅提高，难以满足人们的使用需求。因此，有必要对现有的锂离子电池用的负极材料进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种性能改善的改性硬碳负极材料及其制备方法，其能提升石墨材料的嵌锂空间，从而提高石墨材料的嵌锂容量，并且能改善电池的循环性能，提高电池的能量密度。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

一种性能改善的改性硬碳负极材料，包括有硬碳基体、包覆在硬碳基体表面至少一部分的第一包覆层以及包覆在第一包覆层表面至少一部分的第二包覆层；

该硬碳基体包括有前驱物、鳞片石墨和磷酸硼，该前驱物包括酚醛树脂、聚碳酸酯、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氯乙烯和聚甲醛中的任意一种或多种；

第一包覆层包括有第一包覆物和硫粉，该第一包覆物包括有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚苯胺、聚乙炔、聚偏二氯乙烯中的任意一种或几种，成型后的第一包覆层具有-S-C-键和-S-S-键；

第二包覆层包括有第二包覆物，该第二包覆物包括羧甲基纤维素、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、呋喃树脂、乙基甲基碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚甲基苯烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丁二酸乙二醇酯、聚葵二酸乙二醇、聚乙二醇亚胺、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚并苯、聚噻吩、聚间苯二胺、聚酰亚胺、聚乙烯基吡咯烷酮、沥青、丁苯橡胶中的任意一种或多种。

作为一种优选方案，所述鳞片石墨和磷酸硼的质量分别为前驱物的0.5-5％和0.1-0.5％，鳞片石墨粉的D50≤5μm，所述第一包覆物的质量为硬碳基体质量的1-8％，所述第二包覆物的质量为硬碳基体质量的1-15％。

作为一种优选方案，所述鳞片石墨和磷酸硼的质量分别为前驱物的2％和0.2％，所述第一包覆物的质量为硬碳基体质量的6％，所述第二包覆物的质量为硬碳基体质量的12％。

作为一种优选方案，所述前驱物由酚醛树脂和聚碳酸酯组成，酚醛树脂与聚碳酸酯的质量之比为2：1-1.5。

作为一种优选方案，所述第一包覆物由聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚苯胺组成，第一包覆物和硫粉的质量之比为1：1。

作为一种优选方案，所述第二包覆物由羧甲基纤维素、聚偏氟乙烯和聚苯硫醚组成，羧甲基纤维素、聚偏氟乙烯和聚苯硫醚的质量之比为4：1：1。

一种性能改善的改性硬碳负极材料的制备方法，其用于制备前述的一种性能改善的锂离子电池用的改性硬碳负极材料，其特征在于，包括以下步骤：

(1)向异丙醇中加入前驱物、鳞片石墨粉和磷酸硼，搅拌均匀，常温下放置30-60min，然后在45℃下烘干并自然冷却至室温，接着在室温下固化1-50h，得到固态前驱体；