[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，所述硬碳负极材料由生物质原料经低温酸洗纯化处理得到，所述硬碳负极材料具有孔道结构，所述硬碳负极材料的磁性物质总量低于5ppm，所述硬碳负极材料的氧含量低于5％。本申请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具有如下有益效果：(1)本发明制备的硬碳负极材料具有孔道结构，且具有较高的比容量，其首次可逆容量大于420mAh/g。(2)本发明制备的硬碳负极材料中，磁性物质含量低，有利于电化学性能提升，尤其能改善硬碳作为负极材料在电池中使用时的高温存储性能。(3)本发明制备的硬碳负极材料中，氧含量低，能减少不可逆锂离子损失，提升首次效率，其首次库伦效率大于86％。

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电池负极材料，是当前研究的重要方向。

常见的硬碳是具有特殊结构的交联树脂在1000℃左右热分解而形成的难石墨化碳，具有较高的比容量和良好的循环性能，同时硬碳具有较大的层间距，因而表现出优秀的倍率性能和低温性能。用常规方法制备的硬碳作为负极材料使用时，充放电电压随容量变化大，充放电曲线不平缓，且首次库伦效率较低，不可逆锂离损失大，还会导致电池的存储性能恶化明显，尤其是电池在高温状态下的满电存储性能，同时目前报道的硬碳材料制备方法复杂，工艺难以实现大批量工业化，且成本昂贵，以上原因限制了硬碳作为负极材料在二次电池领域的大规模商业应用。

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，所述硬碳负极材料由生物质原料经低温酸洗纯化处理得到，所述硬碳负极材料具有孔道结构，所述硬碳负极材料的磁性物质总量低于5ppm，所述硬碳负极材料的氧含量低于5％。

优选地，所述生物质原料包括秸秆、锯末、核桃壳、甘蔗渣、稻糠、小麦壳、椰壳、杏壳、花生壳、木材、木质素和造纸废渣中的一种或者多种。

优选地，所述低温酸洗纯化处理中酸的浓度为5％-95％。

优选地，所述低温酸洗纯化处理中酸包括碳酸、氢氟酸、甲酸、乙酸、硬脂酸、氢硫酸、次氯酸、乙二酸、亚硫酸、磷酸、亚硝酸、高氯酸、氢碘酸、硫酸、氢溴酸、盐酸和硝酸中的一种或多种。

优选地，所述低温酸洗纯化处理中溶液温度低于30℃。

优选地，所述硬碳负极材料的孔隙率为5％-25％。

优选地，所述硬碳负极材料的孔径大小为0.05nm-40nm。

优选地，所述硬碳负极碳材料的真密度为1.2g/cm3-1.7g/cm3。

优选地，所述硬碳负极碳材料的比表面积为2g/m2-8g/m2。

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：

将平均粒径为1mm-5mm的生物质原料在200℃-500℃条件下进行煅烧并得到第一烧后料；

粉碎所述第一烧后料并得到平均粒径D50为10μm-20μm的碳前驱体；

将质量比为(1-10)：20的所述碳前驱体与所述酸溶液加入到温度低于7℃的搅拌罐中进行2h-30h的搅拌，并控制所述酸洗溶液温度低于30℃；

在所述搅拌罐的出料口装上800目-1000目的筛网后倾倒混合液；