[發明專利]一種硬碳負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201910327680.0
• 申請日: 2019-04-23
• 公開（公告）號: CN111825072A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 四川佰思格新能源有限公司
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/587;H01M10/052
• 代理公司: 北京隆源天恒知識產權代理事務所(普通合伙) 11473
• 代理人: 閆冬

本發明提供了一種硬碳負極材料及其制備方法,涉及鋰電池負極材料技術領域,所述制備方法包括：將玻璃鋼破碎，篩分得到玻璃鋼顆粒A；將顆粒A放入鼓泡床，升溫，升溫時顆粒A流化翻動，收集預碳化樹脂顆粒B；將顆粒B浸入強堿溶液中，加熱，將不溶物洗滌至中性，烘干，得到不溶物顆粒C；將顆粒C與淀粉混勻，混勻后的混合物料在惰性氣氛下加熱，碳化，再在惰性氣氛條件下冷卻至室溫，得到固體D；將固體D粉碎并分級，得到硬碳負極材料；硬碳負極材料由制備方法制得。本發明所述的硬碳負極材料及其制備方法，以玻璃鋼為原料，成本低，并且解決了退役風機的無害化處理問題，低成本的技術方案解決了玻璃鋼內玻璃與樹脂分離的難題。

技術領域

本發明涉及鋰電池負極材料技術領域，具體而言，涉及一種硬碳負極材料及其制備方法。

背景技術

隨著能源研究的發展，風電作為一種清潔能源，在國內外都獲得了井噴式發展。2018年全球新增風電裝機容量達到51.3GW，連續第五年超過50吉瓦。截至去年年底，全球風力發電能力累計達到591GW。風力發電帶來清潔能源的同時，大批到達服役年限、或者損壞廢棄風機的處理也成為一個難題。因為風機葉片、機艙等主要部件是以玻璃鋼為主材的，是環氧樹脂、不飽和樹脂等塑料滲入長度不同的玻璃纖維做成的增強塑料。這種材質在自然界很難降解，采用深埋等方式處理會帶來環境污染。

目前，電動汽車與儲能市場的快速發展，對鋰電池提出了更高的要求，集中體現在安全性能、循環壽命、快充性能、低溫性能、能量密度等方面。而這些性能在很大程度上取決于負極材料。

石墨材料作為目前最成熟的負極材料，占據了95％以上的市場份額。從材料結構來看，由于石墨具有層狀結構，層間距0.334nm左右，因此當鋰離子進入層與層的間隙中，將使石墨體積膨脹大約10％。如果充電速率過快，效應太過劇烈，將導致石墨的剝落，甚而短路爆炸。一般市售電池之所以充電速率緩慢，主要就是為了避免這種危險。此外，由于電解液兼容性等問題，石墨材料的低溫充放電性能也較差。

因此，人們注意力轉移到其它材料上，例如軟炭、硬炭、炭/硅復合材料、金屬氧化物等。而硬炭材料在安全性能、快充性能、低溫性能方面表現更為優異。硬炭材料處理溫度一般不超過1500℃，層間距大于0.38nm。因此，硬炭材料充放電過程中，基本不發生體積膨脹，屬于低應變負極，循環壽命可達到石墨的3-5倍。硬炭材料由于層間距大，嵌鋰通道多，因此快充放性能大大優于石墨材料，且不容易發生析鋰現象，安全性能極高。此外，硬炭材料可以兼容低溫電解液，因此即使在-40℃也可以實現充放電功能。

目前各種硬炭材料的主要生產原料為椰殼、淀粉、瀝青、樹脂等含碳化合物。這些物質各有優缺點。瀝青、椰殼等物質價格低廉，但灰分過高，因此獲得的硬炭自放電率與高溫存儲性能較差。淀粉灰分低，價格適中，但碳化率只有30％左右，單獨作為原料使用，能耗略高。樹脂類物質，灰分低、結構與純度可控，但是成本高于其他原材料。

由此可見，如果能夠以廢棄風機的玻璃鋼為原料，解決玻璃與樹脂分離的難題，制備樹脂基硬炭材料，既能夠發揮樹脂基硬炭的優點，顯著降低硬炭材料成本，又能夠解決退役風機的無害化處理問題，無論在技術還是產品方面都能帶來顯著收益。

發明內容

本發明解決的是現有技術中鋰電池負極材料的制備原料成本高，炭化率低，制備出的負極材料性能差的問題。

為解決上述問題，本發明提供一種硬炭負極材料制備方法，包括如下步驟：

步驟S1、將玻璃鋼破碎，篩分得到0.5～3mm的玻璃鋼顆粒A；

步驟S2、將所述玻璃鋼顆粒A放入鼓泡床，在惰性氣氛條件下升溫至400～600℃，升溫時玻璃鋼顆粒A流化翻動，并收集氣流吹出的預碳化樹脂顆粒B；

步驟S3、將所述預碳化樹脂顆粒B浸入至強堿溶液中，加熱，將不溶物洗滌至濾液呈中性，烘干，得到不溶物顆粒C；