[發明專利]一種快充高首效硬碳/人造石墨負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110968525.4
• 申請日: 2021-08-23
• 公開（公告）號: CN113697804B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 魏智偉;許曉落;贠曉亮;吳浩
• 申請（專利權）人: 石家莊尚太科技股份有限公司;山西尚太鋰電科技有限公司
• 主分類號: C01B32/205
• 分類號: C01B32/205;C01B32/05;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 北京細軟智谷知識產權代理有限責任公司 11471
• 代理人: 劉靜榮

本發明涉及一種快充高首效硬碳人造石墨負極材料及其制備方法。所述制備方法包括：將含碳原材料進行熱處理，得硬碳材料；將所述硬碳材料粉碎，然后與包覆劑混合均勻，進行熱處理，制得包覆硬碳材料；將所述包覆硬碳材料進行石墨化高溫熱處理，完成后即得所述快充高首效硬碳人造石墨負極材料。所述制備方法選擇硬碳作為主體，以提升負極材料的容量和快充性能；通過在硬碳表面包覆石墨降低硬碳比表面積、減少副反應，進而減少不可逆容量，提升首效；經過高溫處理，減少硬碳中殘留有缺陷結構，提升首效和循環穩定性。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料領域，具體涉及一種快充高首效硬碳人造石墨負極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有循環壽命長、能量密度高、環境友好等特點，廣泛應用于電動汽車、儲能、3C等新能源領域。在目前商業化的動力鋰離子電池中，負極材料仍以石墨為主。但石墨負極材料的理論容量為372mAh/g，目前商業化的石墨負極材料容量已經接近此理論容量，再提高石墨負極容量已經比較困難。而且，石墨本身具有晶體化層狀結構特征，其理論層間距小，無法滿足大電流充電的要求，在快速充電時存在析鋰風險，給電池和整個用電系統帶來嚴重的安全隱患。隨著國內外市場對電動汽車續航里程和快充性能需求不斷提高，負極材料的容量和快充性能也亟需提高。因此石墨負極已經很難滿足未來市場的需求。

硬碳是一種在高溫條件下(≥3000℃)也難以石墨化的無定形碳。硬碳是由石墨微晶堆積交聯而成，具有更多的亂層結構和孔隙，這使得硬碳可以儲存更多的鋰離子而具有更高的容量。其(002)晶面間距比石墨更大，這更利于鋰離子的快速嵌入和脫嵌，從而具有更優的快充性能和低溫性能。但是，硬碳的孔隙多、表面形貌粗糙、比表面積較大，存在較多的副反應，而且硬碳中的缺陷結構于鋰離子反應，導致其首次不可逆容量損失大，因而首次庫倫效率低。此外，硬碳缺陷結構在循環時不穩定，容量隨著循環的進行而衰減。這使得其制備的鋰離子電池容量較低而且循環性能差。

現有的專利技術以對石墨或硬碳改性處理來提升石墨的容量、快充性能或提高硬碳的首效。專利CN?111244407以瀝青制備硬碳前驅體、通過將硬碳前驅體和石墨用添加劑粘接，并在表面進行了包覆處理，制備了硬碳/石墨復合材料。專利CN?1095992660?A以含碳生物質殼制備硬碳前驅體，再將硬碳前驅體、石墨、和添加劑混合，高溫碳化制備硬碳/石墨復合材料。其首效得到提升，但容量的提升并不明顯。

故基于此，提出本發明技術方案。

發明內容

為了解決現有技術存在的問題，本發明提供了一種快充高首效硬碳人造石墨負極材料及其制備方法。所述制備方法選擇硬碳作為主體，以提升負極材料的容量和快充性能；通過在硬碳表面包覆石墨降低硬碳比表面積、減少副反應，進而減少不可逆容量，提升首效；經過高溫處理，減少硬碳中殘留有缺陷結構，提升首效和循環穩定性。

本發明的方案是，提供一種快充高首效硬碳/人造石墨負極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將含碳原材料進行熱處理，得硬碳材料；

(2)將所述硬碳材料粉碎，然后與包覆劑混合均勻，進行熱處理，制得包覆硬碳材料；

(3)將所述包覆硬碳材料進行石墨化高溫熱處理，完成后即得所述快充高首效硬碳人造石墨負極材料。

優選地，所述快充高首效硬碳人造石墨負極材料為核殼結構，且硬碳為核層，人造石墨為殼層。

優選地，所述含碳原材料為樹脂、碳黑、淀粉、瀝青、有機聚合物或含碳生物殼中的一種或幾種的組合。

優選地，步驟(1)中，所述熱處理在惰性氣氛中進行；所述熱處理的溫度為700～1500℃，熱處理的時間為1～10h。

優選地，步驟(2)中，所述粉碎至D50為8～30μm。