[發(fā)明專利]一種高容量鋰離子電池硬炭負(fù)極材料的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711326231.1
• 申請日: 2017-12-13
• 公開（公告）號: CN109921020A
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葛傳長;沈龍;范拯華;曾繁俊;吳志紅;丁曉陽
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波杉杉新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 上海宣宜專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31288
• 代理人: 劉君

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種高容量鋰離子電池硬炭負(fù)極材料的制備方法，包括如下步驟：制備碳源前驅(qū)體粉體；碳源前驅(qū)體粉體與氧化劑混合；混合物依次進(jìn)行低溫氧化反應(yīng)、高溫氧化反應(yīng)；預(yù)碳化處理、碳化處理。本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，可以廣泛利用樹脂、瀝青等有機(jī)碳源作為硬炭合成的基體材料，原料來源廣泛，在一定程度上有助于降低生產(chǎn)成本；且制備工藝簡單，條件溫和可控，有助于提高產(chǎn)品批次穩(wěn)定性，適合工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)；制備的高容量硬炭負(fù)極材料具有高放電容量和首次充放電效率，其制成的扣式電池的綜合性能優(yōu)良。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種高容量鋰離子電池硬炭負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

在能源存儲領(lǐng)域，鉛酸電池、鎘鎳電池、鎳氫電池等傳統(tǒng)的二次電池，因能量密度小、開路電壓低、使用壽命短、污染環(huán)境、有記憶效應(yīng)以及自放電率大等缺點而不能滿足便攜式電子產(chǎn)品發(fā)展的需要。鋰離子二次電池因其高的能量密度、穩(wěn)定的充放電平臺、寬的工作溫度區(qū)間、低的自放電率、長的循環(huán)壽命并且對環(huán)境友好等優(yōu)點，成為了新能源領(lǐng)域中的重點研究對象。除了滿足電子產(chǎn)品多樣化的發(fā)展需求以外，鋰離子二次電池也是電動汽車(EV)、混合動力汽車(HEV)的理想電源。要使電動汽車具有令人滿意的續(xù)航里程并保持需要的速度，其儲能設(shè)備所用材料須具備高能量密度、高功率密度以及安全性。

硬炭負(fù)極材料由于具有特殊的亂堆立體碳結(jié)構(gòu)，更適合在大電流充放電下使用而備受關(guān)注。良好的安全性和極佳的循環(huán)穩(wěn)定性使其有望在電動汽車上得到快速應(yīng)用。

專利CN1947286A提出采用交聯(lián)反應(yīng)法制備多孔性瀝青，然后經(jīng)空氣氧化制得難石墨化的硬炭材料。這種方法存在制備工藝冗長復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，因而難以實現(xiàn)商業(yè)化。中國專利CN103754858A提出采用高分子聚合物和交聯(lián)劑經(jīng)多次固化和碳化處理制備硬炭材料，同樣存在制備工藝繁瑣，不適宜大批量商業(yè)化生產(chǎn)等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中工藝復(fù)雜、成本高、難以工業(yè)化的缺陷，提供一種工藝簡單、原料來源廣泛且成本低，電化學(xué)性能優(yōu)良、性能穩(wěn)定一致的硬炭負(fù)極材料。

為實現(xiàn)上述目的，設(shè)計一種高容量鋰離子電池硬炭負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括如下制備步驟：

(1)、將碳源前驅(qū)體粉碎并過80目篩網(wǎng)，取篩下物得D50粒徑為8～10μm的碳源前驅(qū)體粉體；所述碳源前驅(qū)體為高軟化點瀝青、COPNA樹脂、酚醛樹脂或環(huán)氧樹脂中的至少一種；

(2)、碳源前驅(qū)體粉體與氧化劑按質(zhì)量比100∶1～100∶50進(jìn)行混合，得到均一的混合料；所述氧化劑為濃度為10～30％雙氧水、濃度為80～98％濃硫酸、濃度為10～68％硝酸、分析純高錳酸鉀、分析純過硫酸銨、分析純過硫酸鈉或分析純過硫酸鉀中的至少一種；當(dāng)氧化劑采用液體時與碳源前驅(qū)體粉體進(jìn)行液相混合時，還需加入分散劑，所述碳源前驅(qū)體粉體與分散劑的質(zhì)量比不大于60∶100；所述的分散劑為去離子水；

(3)、所得混合料先以50～100℃低溫下氧化反應(yīng)1～10小時，再以110～250℃高溫下氧化反應(yīng)1～10小時，降溫至室溫得被氧化的碳源前驅(qū)體；

(4)、所得被氧化的碳源前驅(qū)體在惰性氣體保護(hù)下，以500～700℃進(jìn)行預(yù)碳化處理0.5～6小時，降溫至室溫；

(5)、所得粉體在惰性氣體保護(hù)下，以800～1300℃進(jìn)行碳化處理1～6小時，降溫至室溫，過篩即得高容量鋰離子電池硬炭負(fù)極材料。

高軟化點瀝青為軟化點為200～300℃的高溫煤瀝青或高溫石油瀝青。

所述的COPNA樹脂為熱塑型聚合物在酸性介質(zhì)下與交聯(lián)劑反應(yīng)所得，所述的熱塑型聚合物：交聯(lián)劑：酸性介質(zhì)的質(zhì)量份數(shù)比為100∶100∶1～100∶10∶20，反應(yīng)溫度為120～250℃，反應(yīng)時間為2～6小時；