[发明专利]一种锂离子电池用的改性硬碳负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池材料及其制备方法，尤其涉及一种锂离子电池用的改性硬碳负极材料及其制备方法。

背景技术

目前使用的动力电池主要有铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池、锂离子电池，随着人们环保意识的日益增强，含铅、镉等有毒金属的电池的使用日益受到限制。自从1990年锂离子电池被成功开发以来，因其相比其它传统的电池具有较好的电化学性能，其应用范围越来越广泛。而现有技术多是采用石墨或改性的石墨为锂离子电池的负极材料，石墨材料由于石墨化程度高，具有高度的层状结构致使嵌锂容量较低。而硬碳为负极材料的锂离子电池，由于其硬碳负极材料特殊的结构使之更适宜在大电流充放电下使用而备受关注。Sony公司首先开发了使用聚糠醇PFA热裂解制得的硬碳作为负极材料的锂离子电池，但是其比容量及充放电效率仍然较低，不能满足现今人们对电池具有更优异的电化学性能的需求。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的缺陷，而提供一种锂离子电池用的且具有高容量和高充放电效率的改性硬碳负极材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种锂离子电池用的改性硬碳负极材料，包括硬碳基体、添加剂和包覆物；所述硬碳基体前驱物包括酚醛树脂、聚碳酸酯、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚氯乙烯和聚甲醛中的任意一种或多种，硬碳基体前驱物的组成优选为由酚醛树脂和聚碳酸酯组成，酚醛树脂与聚碳酸酯的质量之比为2：1-1.5；所述添加剂包括鳞片石墨粉和磷酸硼，鳞片石墨粉的D50≤5μm，鳞片石墨和磷酸硼的质量分别为硬碳基体前驱物的0.5-5%和0.1-0.5%，而鳞片石墨和磷酸硼的质量分别优选为硬碳基体前驱物的2%和0.2%；所述包覆物包括羧甲基纤维素、聚苯硫醚、聚偏氟乙烯、呋喃树脂、乙基甲基碳酸酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚甲基苯烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚乙烯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚丁二酸乙二醇酯、聚葵二酸乙二醇、聚乙二醇亚胺、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚并苯、聚噻吩、聚间苯二胺、聚酰亚胺、聚乙烯基吡咯烷酮、沥青、丁苯橡胶中的一种或多种，包覆物的质量为硬碳基体质量的1-15%，包覆物的质量优选为硬碳基体质量的12%，包覆物的组成优选为由羧甲基纤维素、聚偏氟乙烯和聚苯硫醚组成，羧甲基纤维素、聚偏氟乙烯和聚苯硫醚的质量之比为4：1-2：1-1.5。

一种锂离子电池用的改性硬碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）向异丙醇中加入硬碳基体前驱物、鳞片石墨粉和磷酸硼，搅拌均匀，常温下放置30-60min，然后在45℃下烘干并自然冷却至室温，接着在室温下固化1-50h，固化时间优选为35h，得到固态前驱体；

（2）在氮气或惰性气体的保护下，将步骤（1）所得固态前驱体以2-5℃/min的升温速度升温至400℃，保温1h，接着以0.1-3℃/min的升温速度升温至500-1500℃，保温2-24h，然后自然冷却至室温，得到硬碳；

（3）将硬碳进行球磨或粉碎，得到粒度为1-60μm的硬碳基体；

（4）在硬碳基体中加入包覆物，混合均匀，转速为500-3500r/min，时间为15-120min，然后在氮气或惰性气体的保护下，以0.1-10℃/min的升温速度升温至500-1000℃，自然冷却至200℃，然后继续以0.1-10℃/min的升温速度升温至800-1500℃，保温2-10h，保温时间优选为7h，自然降温至室温。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的改性硬碳负极材料具有良好的电化学性能，具有优良的嵌锂、脱锂能力，首次放电比容量均在926mAh/g以上，最佳的实施方式中，首次放电比容量高达982mAh/g，首次充放电效率高达93%，适用于动力与储能锂离子电池；本发明的制备方法简便易行，成本低，可应用于工业化生产。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明。