[发明专利]蜂窝状多孔硬碳锂离子电池负极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了蜂窝状多孔硬碳锂离子电池负极材料及其制备方法和锂离子电池，该方法通过先制得咖啡粉，接着于惰性气体中进行低温炭化处理制得前驱体，再与溶剂和有机碳源进行有机碳源包覆处理制得材料颗粒，最后将材料颗粒进行高温碳化处理制得蜂窝状多孔硬碳锂离子电池负极材料。该方法工艺简单，合成途径简单可控易于对材料的形貌和尺寸进行微观调控，制得的蜂窝状多孔硬碳锂离子电池负极材料可逆容量高、倍率循环性能好、低温性能好。

技术领域

本发明涉及新型能源材料，具体涉及蜂窝状多孔硬碳锂离子电池负极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为一种新型的高能电池，在移动通讯设备、便携式计算机、摄像机、照相机、MP3等小型设备中得到大量应用，也成为太阳能、风能等发电系统的储备电源、无绳电动工具电源以及混合电动汽车(HEV)、纯电动汽车(EV)电源。尤其是随着电动汽车和太阳能/风能储能对锂离子电池需求的快速发展，对锂离子电池的安全性、循环性能、倍率性能和高低温性能提出了很高要求。负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其性能的好坏直接影响锂电池的性能。目前石墨作为使用最为广泛的碳基锂离子电池负极材料，其实际比容量发挥较低，且循环稳定性、安全性、倍率性能难以有效提高，因而寻找合适的新的碳基材料来代替当前商品化的负极材料并提高电池综合性能，是当前研究的热点。其中，硬碳类负极材料由于具有高比能量、高安全性、大电流快速充放电、长的使用寿命，因此得到全球的重点关注。

根据文献报导的方法虽然能够合成硬碳类负极材料，但是其方法都具有合成步骤多、操作繁琐的缺陷，且制得的硬碳类负极材料的可逆容量较低、倍率循环性能较差，此外低温性能很差。

发明内容

本发明的目的之一是提供工艺简单、操作方便可控的蜂窝状多孔硬碳锂离子电池负极材料的制备方法。

本发明的目的之二是提供由上述方法制备而成的可逆容量高、倍率循环性能好、低温性能好的蜂窝状多孔硬碳锂离子电池负极材料。

本发明的目的之三是提供电池负极包括上述蜂窝状多孔硬碳锂离子电池负极材料的锂离子电池。

本发明提供的蜂窝状多孔硬碳锂离子电池负极材料的制备方法包括：

(1)将咖啡豆粉碎制得咖啡粉；

(2)将所述咖啡粉于惰性气体中进行煅烧、冷却、粉碎以制得前驱体；

(3)将所述前驱体、溶剂和有机碳源进行搅拌、干燥处理以制得材料颗粒；

(4)将所述材料颗粒于惰性气体中进行煅烧、冷却、粉碎、振实以制得蜂窝状多孔硬碳锂离子电池负极材料；

其中，相对于100重量份的所述前驱体，所述有机碳源的用量为1-20重量份；在步骤(2)中，所述煅烧的步骤为：自15-35℃以1-3℃/min的升温速率升温至250-600℃，煅烧2-10h；在步骤(4)中，所述煅烧的步骤为：自18-25℃以2-10℃/min的升温速率升温至650-1400℃，煅烧3-20h；所述材料颗粒的质量含水量为0-1％。

在上述制备方法的步骤(1)中，咖啡粉的具体大小可以在宽的范围内选择，但是为了使得制得的咖啡粉表面多孔，具有更大的比表面积，优选地，咖啡粉的粒径小于100目。

在上述制备方法中，惰性气体的具体种类可以在宽的范围内选择，为了更好地保护材料颗粒不被氧化变质，优选地，惰性气体为氦气、氩气和氮气的一种或多种。

在上述制备方法中，冷却的方式可以在宽的范围内选择，从冷却效果和节能角度考虑，优选地，冷却采用自然冷却的方式进行，且冷却至煅烧产物的温度为15-35℃。

在上述制备方法的步骤(3)中，搅拌的转速为50-1000rpm，时间为0.5-10h。