[发明专利]一种锂离子二次电池用硬碳负极材料及其制备方法

说明书

一种锂离子二次电池用硬碳负极材料及其制备方法，所述硬碳负极材料包括：硬碳前驱体、含磷掺杂物和聚合物，其中，所述硬碳前驱体由硬碳原料制备而成，所述含磷掺杂物中的磷元素在所述硬碳负极材料中的质量分数为0.3％‑5％，所述硬碳负极材料表面的至少一部分被所述聚合物覆盖，所述聚合物在所述硬碳负极材料中的质量分数为1％‑20％。本发明提供的一种锂离子二次电池用硬碳负极材料及其制备方法，制备的硬碳负极材料含有0.3％‑5％质量比的磷元素，磷掺杂能增加硬碳负极材料在充放电过程中的嵌锂位点，从而提高硬碳负极材料的比容量，所述硬碳负极材料的首次可逆容量大于500mAh/g，首次库伦效率大于83％。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种锂离子二次电池用硬碳负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子二次电池由于具有良好的稳定性、高能量密度和无记忆效应等优点而被广泛应用于3C消费类、动力类和储能类电池领域。目前商用的锂离子二次电池负极材料主要以石墨负极为主，但石墨负极的理论比容量较低，仅为372mAh/g，而且大倍率持续充放电能力和低温性能难以有效提高。因此，开发一种新型的比容量高、倍率性能优秀且低温性能良好的锂离子二次电池负极材料是当前研究的重要方向。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种锂离子二次电池用硬碳负极材料，包括：硬碳前驱体、含磷掺杂物和聚合物，其中，所述硬碳前驱体由硬碳原料制备而成，所述含磷掺杂物中的磷元素在所述硬碳负极材料中的质量分数为0.3％-5％，所述硬碳负极材料表面的至少一部分被所述聚合物覆盖，所述聚合物在所述硬碳负极材料中的质量分数为1％-20％。

优选地，所述硬碳原料包括生物质材料、高分子聚合物、炭素制品和糖类中的一种或多种。

优选地，所述生物质材料包括稻壳、花生壳、开心果壳、核桃壳、葵花籽壳、松果、大米、椰壳、竹子、玉米棒、油菜秸秆和甘蔗渣中的一种或多种。

优选地，所述高分子聚合物包括聚氯乙烯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、双马来酰亚胺、聚丙烯聚碳酸酯、聚醚醚酮和聚苯乙烯中的一种或多种。

优选地，所述炭素制品包括石油焦、沥青焦和煤系焦中的一种或多种。

优选地，所述糖类包括果糖、甘露糖、蔗糖、葡萄糖、半乳糖、半乳聚糖、氨基糖、核糖、脱氧核糖、淀粉、纤维素、多聚糖、果胶、戊糖、甘露糖、甘露聚糖、壳多糖、麦芽糖、阿拉伯胶、糖元、菊糖和几丁质中的一种或多种。

优选地，所述含磷掺杂物包括五氧化二磷、磷酸、磷酸二氢钠、磷酸钠、磷酸钾、磷酸铵和磷酸二氢铵中的一种或多种。

优选地，所述聚合物包括聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩和聚酰亚胺中的一种或多种。

优选地，所述含磷掺杂物与所述硬碳前驱体的质量比为(1-20)：100。

本发明还提供了一种锂离子二次电池用硬碳负极材料的制备方法，所述硬碳负极材料包括如上述中任一所述的锂离子二次电池用硬碳负极材料，所述方法包括步骤：

准备硬碳原料、含磷掺杂物和聚合物；

对所述硬碳原料进行粗碎并得到粗碎料；

在惰性气体环境中对所述粗碎料进行1h-10h的200℃-500℃的煅烧并得到第一煅后料；

使用质量分数低于15％的稀盐酸对所述第一煅后料进行酸洗；

对酸洗后的所述第一煅后料依次进行烘干、粉碎和过筛并得到硬碳前驱体；

将所述硬碳前驱体和所述含磷掺杂物混合并得到混合料；

在惰性气体环境中对所述混合料进行2h-4h的200℃-500℃的煅烧并得到第二煅后料；