[發明專利]一種高倍率鋰離子電池硬炭負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 202210081750.0
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114464805A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 呂晗;馬暢;鄭海峰;宋天永;郭明聰;劉書林;屈濱;王海洋;王守凱
• 申請（專利權）人: 中鋼集團鞍山熱能研究院有限公司
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 鞍山嘉訊科技專利事務所(普通合伙) 21224
• 代理人: 佟寧

本發明涉及一種高倍率鋰離子電池硬炭負極材料的制備方法，包括如下步驟：1)將有機碳源與結構改性劑進行加熱混合，冷卻后得到前驅體炭材料；2)將前驅體炭材料依次經過粉碎、分級、氧化穩定化得到氧化炭材料；3)將氧化炭材料與包覆劑混合，進行表面改性，再以2～10℃/min的升溫速率升至1200℃～1600℃進行高溫炭化得到高倍率鋰離子電池硬炭負極材料。對硬炭負極材料的缺陷進行改善，通過對制備過程及其包覆工藝的改性，擴大了硬炭材料的層間距，提高硬炭材料大電流充放電性能和循環保持率。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料技術領域；尤其涉及一種高倍率鋰離子電池硬炭負極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池因具有能量密度高、功率特性好、工作電壓高、循環壽命長、無污染等優點，使其在便攜式電子設備、電動汽車、空間技術、國防工業等多方面具有廣泛的應用前景，成為近幾年廣為關注的研究熱點。傳統的鋰電池電極材料有軟炭、硬炭、天然石墨之分。不同類型的材料具有不同的鋰離子儲存、傳送特點。與石墨相比而言，硬炭具有電極膨脹小，高循化壽命和倍率性能好等優點。

硬炭是一種由石墨微晶以無定形結構交聯堆積組成的新型負極材料，該材料的層間距在0.38～0.4nm之間，大于石墨的0.34nm，有利于鋰離子的快速嵌入于脫出，并且材料在鋰離子的反復脫嵌過程中形變應力較小，能夠保持結構的穩定性，這些性能在電池中最終體現為充電速度的加快和使用壽命的延長。此外，硬炭材料的嵌鋰電位要高于石墨，因此在過充時不易析出鋰枝晶，從而提高了電池的安全性能。然而硬炭負極材料首次效率低，不可逆容量損失太大，因此要制備高倍率性能的硬炭負極材料，必須對其改性研究。

發明內容

本發明的目的是提供一種高倍率鋰離子電池硬炭負極材料的制備方法，對硬炭負極材料的缺陷進行改善，通過對制備過程及其包覆工藝的改性，擴大了硬炭材料的層間距，提高硬炭材料大電流充放電性能和循環保持率。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案實現：

一種高倍率鋰離子電池硬炭負極材料的制備方法，包括如下步驟：

1)將有機碳源與結構改性劑進行加熱混合，冷卻后得到前驅體炭材料；

2)將前驅體炭材料依次經過粉碎、分級、氧化穩定化得到氧化炭材料；

3)將氧化炭材料與包覆劑混合，進行表面改性，再以2～10℃/min的升溫速率升至1200℃～1600℃進行高溫炭化得到高倍率鋰離子電池硬炭負極材料。

所述的有機碳源為植物提取物、瀝青、樹脂的一種或多種混合物。

所述的植物提取物為淀粉、蔗糖、葡萄糖、纖維素的任意一種或多種混合物，優選為淀粉。

所述的瀝青包括中溫煤瀝青、高溫煤瀝青、中間相瀝青、石油瀝青中任意一種或多種。

所述的樹脂包括環氧樹脂、酚醛樹脂、糠醛樹脂、聚酯樹脂中的任意一種或多種。

所述的結構改性劑為聚乙二醇、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸三乙醇胺鹽、乙撐雙硬脂酸酰胺、聚丙烯酰胺。

上述步驟1)中有機碳源與結構改性劑的質量比為2:1～10:1，加熱溫度為50℃～280℃，混合時間為6～24h。

上述步驟2)中前驅體炭材料空氣氧化穩定化溫度280℃～330℃，氧化時間6～12h，粉末粒度D50 14～24μm。

所述的包覆劑為包覆瀝青，包覆瀝青結焦值60％～70％、軟化點180℃～250℃、粒度3～7μm、粘度12～15Pa·s。

上述步驟3)中將氧化炭材料與包覆劑混合，進行表面改性的工藝，其升溫速率2℃～5℃/min，溫度250℃～350℃。

與現有的技術相比，本發明的有益效果是：