一种锂离子电池高容量硬碳负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池高容量硬碳负极材料及其制备方法，制备步骤：①将有机物与烯基芳烃进行聚合反应，得聚合物；②将聚合物在50～100℃进行溶剂萃取处理2～6小时；③真空干燥处理，降温至室温，粉碎筛分；④在惰性气体保护下，于300～650℃预炭化低温调质处理，降温至室温，粉碎筛分；⑤在惰性气体保护下，于900～1900℃高温炭化处理即得。经本发明专利技术制得的锂离子电池高容量硬碳负极材料，其首次放电容量在450mAh/g以上，首次充放电效率在90％以上。本发明专利技术的制备方法简便易行，原料来源广泛且成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池领域，具体是一种有机物经过聚合反应及高温炭化处理得到的锂离子电池高容量硬碳负极材料的制备方法及由该方法制得的高容量硬碳负极材料。
技术介绍
进入21世纪，随着地球上石油储量日益枯竭，以及汽车尾气排放对环境产生的温室效应，近年来，作为有效利用锂离子电池体积小质量轻等特点的新用途，正在积极地进行作为只利用电动机驱动的电动汽车(EV)、发动机和电动机组合的混合型电动汽车(HEV)这些电动汽车用的电池的开发，其中，EV/PHEV具有较高能量功率密度和较长续航时间的特点。硬碳负极材料由于其牢固稳定的大分子层面结构，更适宜在大电流充放电下使用而备受关注，其良好的安全性能有望在电动汽车上得到应用。这样，对于PHEV/EV用锂离子动力电池，要求具有与现有小型携带设备用途不同的特性。日本专利CN1947286A用多孔性球状沥青流化床氧化、炭化方法来制备难石墨化性碳，这种方法存在着制备工艺复杂，制做成本高难于实现商业化。中国专利CN1191195C是将树脂等在高压釜内液相脱水、洗涤干燥高温炭化制备的硬碳材料，同样存在制备工艺繁琐难于实现工业化生产等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种工艺简便易行的锂离子电池高容量硬碳负极材料及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种锂离子电池高容量硬碳负极材料的制备方法，其包括如下步骤：①将有机物与烯基芳烃进行聚合反应，得聚合物；②将聚合物在50～100℃进行溶剂萃取处理2～6小时；③真空干燥处理，降温至室温，粉碎筛分；④在惰性气体保护下，于300～650℃预炭化低温调质处理，降温至室温，粉碎筛分；⑤在惰性气体保护下，于900～1900℃高温炭化处理即得。作为本专利技术进一步的方案：步骤①中，有机物为萘、蒽、菲、环氧树脂或酚醛树脂。作为本专利技术进一步的方案：烯基芳烃为碳原子8～10的烯基芳烃。作为本专利技术进一步的方案：聚合反应时间为1～15小时；聚合反应温度为50～300℃。步骤①中的有机物进行聚合反应，目的是将有机物形成大分子平面网状结构，改善材料大电流充放电性能。作为本专利技术进一步的方案：步骤②中，溶剂为洗油、喹啉、甲苯、二甲苯中的一种以上的混合物。作为本专利技术进一步的方案：步骤③中的真空干燥处理采用真空干燥箱，步骤④中的预炭化低温调质处理采用井式炭化炉，步骤⑤中的高温炭化处理采用推板窑高温炭化炉。由上述的制备方法制得锂离子电池负极材料，其首次放电容量在450mAh/g以上，首次充放电效率在90％以上。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：由本专利技术的制备方法可以有效地解决现有材料制备过程中存在的问题，所述的硬碳负极材料是一种有机物经过聚合反应、溶剂萃取处理和炭化处理的碳负极材料。其中的聚合反应、溶剂萃取处理和炭化处理过程工艺简便易行，原料来源广泛且成本低。由于经过了聚合反应、高温炭化处理和粉碎分级等方法，导致制得的产品容量发挥和循环性能好，其性能参数如下表1所示。表1本专利技术的高容量硬碳负极材料，其制成的扣式电池的综合性能优良，主要有以下优点：①电化学性能好，放电容量在450mAh/g以上，首次充放电效率在90％以上；②大电流充放电性能较好；③循环性能好(5000次循环，容量保持率≥80％)；④安全性较好(130℃/60分钟，不爆、不涨)；⑤对电解液及其它添加剂适应性较好；⑥产品性质稳定，批次之间几乎没有差别。附图说明图1为本专利技术硬碳负极材料的扫描电镜图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。以下实施例中的原料均为常规市售产品。实施例1搅拌下将二乙烯基苯200g、盐酸100g和萘1000g加入到反应釜中混合，升温至180℃聚合反应8小时，反应结束后降温至100℃洗油溶剂处理2小时，热过滤，滤饼真空(-0.09～-0.1MPa，150℃)干燥2小时，降至室温出料，粉碎后将粉碎物过100目筛网，装入井式炭化炉中，在氮气保护下升温至500℃进行预炭化处理5小时，降温至室温，粉碎后将粉碎物过100目筛网，在氮气保护下的推板窑内于1400℃炭化处理5小时，制得硬碳负极材料，其半电池首次放电容量为450.6mAh/g，首次放电效率91.2％。实施例2搅拌下将二乙烯基苯300g、盐酸100g和萘1000g加入到反应釜中混合，升温至180℃聚合反应8小时，反应结束后降温至50℃甲苯溶剂处理6小时，热过滤，滤饼真空(-0.09～-0.1MPa，150℃)干燥2小时，粉碎后将粉碎物过100目筛网，装入井式炭化炉，在氮气保护下升温至500℃进行预炭化处理5小时，降温至室温，粉碎后将粉碎物过100目筛网，在氮气保护下的推板窑内于1900℃炭化处理3小时，制得硬碳负极材料，其半电池首次放电容量为456.4mAh/g，首次放电效率91.5％。实施例3搅拌下将三乙烯基苯200g、盐酸200g和蒽1000g交替加入到反应釜中混合，升温至180℃聚合反应8小时，反应结束后降温至80℃二甲苯溶剂处理4小时，热过滤，滤饼真空(-0.09～-0.1MPa，150℃)干燥2小时，降至室温出料，粉碎后将粉碎物过100目筛网，装入井式炭化炉，在氮气保护下升温至500℃进行预炭化处理5小时，降温至室温，粉碎后将粉碎物过100目筛网，在氮气保护下的推板窑内于1400℃炭化处理5小时，制得硬碳负极材料，其半电池首次放电容量为455.7mAh/g，首次放电效率90.5％。实施例4搅拌下将二乙烯基苯300g、硝酸200g和萘1000g加入到反应釜中混合，升温至180℃聚合反应8小时，反应结束后温度在100℃洗油溶剂处理2小时，热过滤，滤饼真空(-0.09～-0.1MPa，150℃)干燥2小时，降至室温出料，粉碎后将粉碎物过100目筛网，装入井式炭化炉，在氮气保护下升温至500℃进行预炭化处理5小时，降温至室温，粉碎后将粉碎物过100目筛网，在氮气保护下的推板窑内于1400℃炭化处理5小时，制得硬碳负极材料，其半电池首次放电容量为457.1mAh/g，首次放电效率90.5％。实施例5搅拌下将二乙烯基苯500g、盐酸150g和酚醛树脂1000g加入到反应釜中混合，升温至180℃聚合反应8小时，反应结束后温度在100℃洗油溶剂处理2小时，热过滤，滤饼真空(-0.09～-0.1MPa，150℃)干燥2小时，降至室温出料，粉碎后将粉碎物过100目筛网，装入井式炭化炉，在氮气保护下升温至500℃进行预炭化处理5小时，降温至室温，粉碎后将粉碎物过100目筛网，在氮气保护下的推板窑内于1400℃炭化处理5小时，制得硬碳负极材料，其半电池首次放电容量为454.3mAh/g，首次放电效率90.7％。实施例6搅拌下将二乙烯基苯200g、盐酸100g和环氧树脂1000g加入到反应釜中混合，升温至50℃聚合反应15小时，反应结束后降温至50℃喹啉溶剂处理2小时，热过滤，滤饼真空(-0.09～-0.1MPa，1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池高容量硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：①将有机物与烯基芳烃进行聚合反应，得聚合物；②将聚合物在50～100℃进行溶剂萃取处理2～6小时；③真空干燥处理，降温至室温，粉碎筛分；④在惰性气体保护下，于300～650℃预炭化低温调质处理，降温至室温，粉碎筛分；⑤在惰性气体保护下，于900～1900℃高温炭化处理即得。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池高容量硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：①将有机物与烯基芳烃进行聚合反应，得聚合物；②将聚合物在50～100℃进行溶剂萃取处理2～6小时；③真空干燥处理，降温至室温，粉碎筛分；④在惰性气体保护下，于300～650℃预炭化低温调质处理，降温至室温，粉碎筛分；⑤在惰性气体保护下，于900～1900℃高温炭化处理即得。2.根据权利要求1所述的锂离子电池高容量硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤①中，有机物为萘、蒽、菲、环氧树脂或酚醛树脂。3.根据权利要求1所述的锂离子电池高容量硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，烯基芳烃为...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢秋生，杜辉玉，王磊，江伟伟，夏圣安，
申请(专利权)人：上海杉杉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31