[發明專利]一種低溫動力電池煤基改性炭負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201811600731.4
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109686949B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 董偉;沈丁;陳躍輝;楊紹斌
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 寧佳

本發明的一種低溫動力電池煤基改性炭負極材料的制備方法，步驟如下：以煤為原料，粉碎后添加氧化插層劑，采用氧化插層法處理，層間距擴大到0.6～1.5nm，獲得煤的插層溶液，洗滌至中性后得到煤的插層化合物溶液；向其中添加添加劑，超聲分散均勻，烘干后預處理，將預處理產物熱解后冷卻，并磨細過325目篩，制得低溫動力電池煤基改性炭負極材料。該方法設備常見、造價低，操作簡單，采用煤原料成本相對較低，采用添加劑將比表面積控制在1～10m²/g，使材料首次庫倫效率達到85～95％，層間距達到0.35～0.45nm，有利于低溫鋰離子擴散，能夠在?70℃使用，同時在低溫情況下不析鋰，安全性能好。

技術領域：

本發明屬于新能源技術領域，具體涉及一種低溫動力電池煤基改性炭負極材料的制備方法。

背景技術：

隨著石油、天然氣等不可再生石化燃料的耗竭日益受到關注，以及空氣污染和室溫效應成為全球性的問題。解決能源問題、走低碳經濟道路實現可持續發展已經成為世界各國的普遍共識，我國應對全球氣候變化及綠色低碳發展成為一項重要課題。為此，新能源汽車成為全球經濟發展的重點方向獲得了飛快發展，展示了極為廣闊的應用前景。新能源汽車主要依靠二次電池儲存能量，二次電池能夠反復充放電，效率高、環境適應性強，具有更好的經濟實用性，成為儲能研究的主要方向。

然而低溫是動力電池遇到的最大瓶頸，波士頓電池發現低溫對電池壽命有致命影響：容量為3.5Ah的電池，在-10℃時，電量急劇衰減至0.5Ah，基本報廢。最好的電動汽車特斯拉在北歐就遇到了類似問題。低溫是電動汽車大敵，不解決這一問題，電動汽車就很難在高寒地區推廣。

電池充放電屬于電化學反應，既然與化學相關，就與溫度有著莫大關系，隨溫度下降，反應顯著變慢，導致放電功率下降，甚至循環性能顯著下降。對比低溫對電池極材料的影響，負極鋰離子擴散系數下降更為明顯，其影響超過正極、界面電阻增加以及電解液導電能力的下降。因此開發具有高擴散系數的鋰離子電池負極材料成為解決低溫性能的最關鍵因素之一。近期研究表明，層間距小是導致擴散系數低，影響低溫性能的關鍵因素，大層間距有利于鋰離子擴散。常用的石墨類產品層間距小(0.335nm)，不適用于低溫環境。而熱解碳類產品雖然層間距較大，但是市場上常用的熱解碳通常作為活性炭使用，比表面積也很大(＞10m²/g)，這樣造成首次庫倫效率低，同時熱解碳前驅體成本高，造成熱解碳成本也相應很高，不適于電池產業化發展。

我國是世界上煤炭資源最豐富的國家之一，煤炭成本低，并且產能在世界上也處于領先地位。對其進行化學加工以及熱解，獲得可用于二次電池碳電極材料的高端產品，是煤炭潔凈利用技術的重要方向之一，同時也能大幅度降低二次電池負極材料的制備成本。

發明內容：

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種低溫動力電池煤基改性炭負極材料的制備方法，該材料低溫性能好、比表面積小、層間距大、容量高、循環性能好、首次充放電效率高、制備方法簡單、成本低。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種低溫動力電池煤基改性炭負極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)以煤為原料，粉碎至300目，向其中添加氧化插層劑，采用氧化插層法處理，層間距擴大到0.6～1.5nm，獲得煤的插層溶液，用去離子水將煤的插層溶液洗滌至中性，得到煤的插層化合物溶液；

(2)將添加劑溶于煤的插層化合物溶液中，超聲分散均勻，烘干水份，然后進行預處理，得到預處理產物，其中，所述的添加劑添加質量為煤原料質量的1～50％；

(3)將預處理產物在惰性氣氛中于800～2000℃進行熱解，熱解時間為1～48h，熱解后冷卻，并磨細過325目篩，制得低溫動力電池煤基改性炭負極材料。

所述的步驟(1)中，煤為褐煤、煙煤或無煙煤中的一種或幾種混合。