一种锂离子电池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硬碳负极材料及其制备方法，以重量计，硬碳负极材料以100份热塑性酚醛树脂热解碳和10‑20份的石油沥青为原料，依次经过粉碎、混合、碳化和过筛等工序制备而成。本发明专利技术所述的配方和工艺，极大降低了硬碳的比表面积并提高了硬碳负极材料的首次库伦效率，为硬碳负极在动力电池中的广泛应用提供了可能；同时本发明专利技术制备方法工艺简单可控，易于规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池硬碳负极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池硬碳负极材料及其制备方法。
技术介绍
硬碳属于无定形碳材料，是指低温碳化制备结晶性较差，同时在2500℃以上的高温也难以石墨化的碳材料。硬碳容量可达到500～700mAh/g，远高于石墨的理论容量372mAh/g。同时，硬碳具有远高于石墨的锂离子扩散系数,且碳锂电位高于0.2V，安全性能更好。硬碳的结晶分散，锂离子容易进出，便于增加电池的输出功率，因此非常适合于重视输出功率的电动汽车用动力锂电池的制造。然而，硬碳负极材料具有比表面积太大、首次库伦效率太低的缺点，限制了在其动力电池上的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池硬碳负极材料及其制备方法，以解决上述技术问题。为实现上述目的本专利技术采用以下技术方案：一种锂离子电池硬碳负极材料，所述硬碳负极材料是以热塑性酚醛树脂和石油沥青为原料制备的复合材料，其中酚醛树脂为前驱体，石油沥青为包覆剂。作为本专利技术进一步的方案，所述前驱体酚醛树脂软化点为80-120℃，灰分小于0.04%，游离酚小于0.10%。作为本专利技术进一步的方案，所述包覆剂石油沥青软化点为200-280℃，灰分小于0.05%，喹啉不溶物小于2%。一种锂离子电池硬碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：1）、将前驱体热塑性酚醛树脂在氮气保护下于800-1100℃下碳化2-8小时，粉碎至平均粒度为15-20μm；2）、将石油沥青粉碎至平均粒度为4-8μm；3）、以重量计，称取100份热解碳粉体和10-20份石油沥青粉体，混合均匀；4）、将混合物在氮气保护下于900-1200℃下碳化2-5小时；5）、物料冷却出炉后搅拌混匀，过300目筛网即得到锂离子电池硬碳负极材料。本专利技术的有益效果是：通过采用本专利技术的制备发方法，有效减小了硬碳的比表面积，减少了电池首次循环的副反应，提高了首次库伦效率，同时保持了硬碳材料原有的高容量、高倍率、长循环等优点，为硬碳负极在动力电池中的广泛应用提供了可能；此外，本专利技术制备方法工艺简单可控，易于规模化生产。具体实施方式下面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。本专利技术锂离子电池硬碳负极材料，是以热塑性酚醛树脂为硬碳前驱体、以石油沥青为硬碳包覆剂，通过沥青在硬碳表面的均匀有效包覆，制备生成硬碳和软碳的复合材料。实施例1将前驱体热塑性酚醛树脂在氮气保护下于800℃下碳化2小时，粉碎至平均粒度为15.5μm；所述酚醛软化点为85℃，灰分为0.03%，游离酚为0.08%；将石油沥青粉碎至平均粒度为4.3μm；所述沥青软化点为205℃，灰分为0.03%，喹啉不溶物为1.0%；以重量计，称取100份热解碳粉体和10份石油沥青粉体，混合均匀；将混合物在氮气保护下于900℃下碳化2小时；物料冷却出炉后搅拌混匀，过300目筛网即得到锂离子电池硬碳负极材料。实施例2将前驱体热塑性酚醛树脂在氮气保护下于900℃下碳化4小时，粉碎至平均粒度为17.2μm；所述酚醛软化点为96℃，灰分为0.02%，游离酚为0.07%；将石油沥青粉碎至平均粒度为5.6μm；所述沥青软化点为230℃，灰分为0.02%，喹啉不溶物为1.3%；以重量计，称取100份热解碳粉体和13份石油沥青粉体，混合均匀；将混合物在氮气保护下于1000℃下碳化3小时；物料冷却出炉后搅拌混匀，过300目筛网即得到锂离子电池硬碳负极材料。实施例3将前驱体热塑性酚醛树脂在氮气保护下于1000℃下碳化6小时，粉碎至平均粒度为18.7μm；所述酚醛软化点为108℃，灰分为0.03%，游离酚为0.06%；将石油沥青粉碎至平均粒度为6.8μm；所述沥青软化点为263℃，灰分为0.04%，喹啉不溶物为1.6%；以重量计，称取100份热解碳粉体和16份石油沥青粉体，混合均匀；将混合物在氮气保护下于1100℃下碳化4小时；物料冷却出炉后搅拌混匀，过300目筛网即得到锂离子电池硬碳负极材料。实施例4将前驱体热塑性酚醛树脂在氮气保护下于1100℃下碳化8小时，粉碎至平均粒度为19.8μm；所述酚醛软化点为117℃，灰分为0.03%，游离酚为0.04%；将石油沥青粉碎至平均粒度为7.9μm；所述沥青软化点为278℃，灰分为0.03%，喹啉不溶物为1.8%；以重量计，称取100份热解碳粉体和20份石油沥青粉体，混合均匀；将混合物在氮气保护下于1200℃下碳化5小时；物料冷却出炉后搅拌混匀，过300目筛网即得到锂离子电池硬碳负极材料。对比例1：将前驱体热塑性酚醛树脂在氮气保护下于800℃下碳化2小时，粉碎至平均粒度为15.5μm的粉体；所述酚醛软化点为85℃，灰分为0.03%，游离酚为0.08%。对比例2：将前驱体热塑性酚醛树脂在氮气保护下于900℃下碳化4小时，粉碎至平均粒度为17.2μm的粉体；所述酚醛软化点为96℃，灰分为0.02%，游离酚为0.07%。对比例3：将前驱体热塑性酚醛树脂在氮气保护下于1000℃下碳化6小时，粉碎至平均粒度为18.7μm的粉体；所述酚醛软化点为108℃，灰分为0.03%，游离酚为0.06%。对比例4：将前驱体热塑性酚醛树脂在氮气保护下于1100℃下碳化8小时，粉碎至平均粒度为19.8μm的粉体；所述酚醛软化点为117℃，灰分为0.03%，游离酚为0.04%。采用Q/TEZI01-2001.5.7电化学容量的测试标准对实施例1-4和对比例1-4所获得的负极材料进行检测，检测结果如下。实施例平均粒度(μm)比表面积(m2/g)首次容量(mAh/g)首次效率(%)116.136.3567.886.8218.032.3558.688.7320.025.6547.690.4421.513.2536.891.3对比例115.5165.3574.558.6对比例217.2158.4567.660.4对比例318.7139.2558.761.3对比例419.8128.6551.261.8通过采用本专利技术的制备发方法，有效减小了硬碳的比表面积，减少了电池首次循环的副反应，提高了首次库伦效率，同时保持了硬碳材料原有的高容量、高倍率、长循环等优点，为硬碳负极在动力电池中的广泛应用提供了可能。尽管已经示出和描述了本专利技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池硬碳负极材料，其特征在于：所述硬碳负极材料是以热塑性酚醛树脂和石油沥青为原料制备的复合材料，其中酚醛树脂为前驱体，石油沥青为包覆剂。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池硬碳负极材料，其特征在于：所述硬碳负极材料是以热塑性酚醛树脂和石油沥青为原料制备的复合材料，其中酚醛树脂为前驱体，石油沥青为包覆剂。2.根据权利要求1所述的锂离子电池硬碳负极材料，其特征在于：所述前驱体酚醛树脂软化点为80-120℃，灰分小于0.04%，游离酚小于0.10%。3.根据权利要求1所述的锂离子电池硬碳负极材料，其特征在于：所述包覆剂石油沥青软化点为200-280℃，灰分小于0.05%，喹啉不溶物小于2%。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东山，
申请(专利权)人：深圳市大家帮科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44