锂离子电池负极材料、锂离子电池及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极材料、锂离子电池及其制备方法和应用。锂离子电池负极材料的制备方法包括如下步骤：(1)溶剂中，将热塑性酚醛树脂和固化剂经固化反应，干燥，得物料A；固化反应时间大于或等于2h；(2)将物料A与碱性溶液进行反应，洗涤，干燥，惰性气氛或真空下进行预碳化处理，得多孔树脂微球；物料A与碱性溶液中碱性物质质量比为1：(0.01～0.4)；反应时间为3～5h；(3)惰性气氛或真空下，将有机碳源填充于多孔树脂微球内部形成沉积碳，即可；多孔树脂微球与填充于多孔树脂微球内部沉积碳的质量比为1：(0.025～0.5)。本发明专利技术锂离子电池负极材料可获得目标克容量，电化学性能佳，制备工艺简单。制备工艺简单。制备工艺简单。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池负极材料、锂离子电池及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种锂离子电池负极材料、锂离子电池及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着新能源市场的发展，无论在电动轿车、电动大巴还是电动轮船等领域，对电池的性能要求越来越高，而传统石墨类负极材料也越来越不能满足市场需求，尤其是在应对不同领域时，对电芯的要求也不尽相同，相对应的，不同电芯领域对于负极材料也需要有不同性能要求。
[0003]目前，基于对锂离子存储机理的进一步认识，可通过对负极材料的结构进行设计，例如，对内部孔道储锂的形式进行研究，进而达到控制负极材料克容量的目的。但目前使用的锂离子电池负极材料仍无法满足在获得目标克容量的同时，其他电化学性能也保持优异的要求。
[0004]因此，本领域亟需开发一种电化学性能优异，制备工艺简单，且可有效控制克容量的锂离子电池负极材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中锂离子电池负极材料无法满足在获得目标克容量的同时，其他电化学性能也保持优异的要求等缺陷，而提供一种锂离子电池负极材料、锂离子电池及其制备方法和应用。本专利技术制得的锂离子电池负极材料可获得目标克容量，且电化学性能优异，制备工艺简单。
[0006]本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题。
[0007]本专利技术提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，其包括如下步骤：
[0008](1)在溶剂中，将热塑性酚醛树脂和固化剂经固化反应，干燥，制得物料A；所述固化反应的时间为大于或等于2h；
[0009](2)将所述物料A与碱性溶液进行反应，洗涤，干燥，再于惰性气氛或真空条件下进行预碳化处理，制得多孔树脂微球；所述物料A与所述碱性溶液中碱性物质的质量比为1：(0.01～0.4)；所述反应的时间为3～5h；
[0010](3)在惰性气氛或真空条件下，将有机碳源填充于所述多孔树脂微球的内部形成沉积碳，即可；
[0011]所述多孔树脂微球与填充于所述多孔树脂微球内部的所述沉积碳的质量比为1：(0.025～0.5)。
[0012]步骤(1)中，所述溶剂可为本领域常规使用的可将所述热塑性酚醛树脂和所述固化剂完全溶解的溶剂，较佳地为醇类溶剂、酮类溶剂和苯类溶剂中的一种或多种，更佳地为醇类溶剂，进一步更佳地为乙醇。
[0013]步骤(1)中，所述热塑性酚醛树脂可为本领域常规使用的不含可进一步缩聚的官能团，且为线型的酚醛树脂，较佳地为苯酚
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甲醛树脂、间苯二酚
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甲醛树脂、3
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氨基酚
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甲醛
树脂、双酚A
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甲醛树脂、腰果酚改性酚醛树脂、硼改性酚醛树脂、硅改性酚醛树脂和硒改性酚醛树脂中的一种或多种，更佳地为苯酚
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甲醛树脂、间苯二酚
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甲醛树脂和腰果酚改性酚醛树脂中的一种或多种。
[0014]步骤(1)中，所述固化剂可为本领域常规使用的可增进或控制固化反应的物质，较佳地为脂肪族胺类固化剂、芳香族胺类固化剂、聚醚胺类固化剂、咪唑类固化剂、酸酐类固化剂、氨水和多聚甲醛中的一种或多种，更佳地为氨水、多聚甲醛和脂肪族胺类固化剂中的一种或多种。
[0015]其中，所述脂肪族胺类固化剂可为本领域常规使用的脂肪族胺类固化剂，较佳地为六次甲基四胺。
[0016]步骤(1)中，所述热塑性酚醛树脂与所述溶剂的质量比可为本领域常规，较佳地为(0.05～1)：1，更佳地为(0.1～0.5)：1，例如0.25：1。
[0017]步骤(1)中，所述固化剂与所述热塑性酚醛树脂的质量比可为本领域常规，较佳地为(0.01～0.15)：1，更佳地为(0.04～0.08)：1，例如0.06：1。
[0018]步骤(1)中，所述固化反应的条件和方法可为本领域该类反应常规的条件和方法。
[0019]步骤(1)中，所述固化反应的时间较佳地为2～5h。
[0020]步骤(1)中，所述固化反应的温度可为本领域该类反应常规的温度，较佳地为室温。
[0021]步骤(1)中，所述干燥的条件和方法可为本领域该类反应常规的条件和方法，一般可为喷雾干燥。
[0022]步骤(1)中，所述干燥的温度可为本领域该类操作常规使用的温度，较佳地为50～70℃，更佳地为60～70℃。
[0023]步骤(2)中，所述碱性溶液中的溶剂可为本领域常规使用的可将所述碱性溶液中的碱性物质完全溶解的溶剂，较佳地为水和/或醇类溶剂。
[0024]步骤(2)中，所述碱性溶液中的碱性物质可为本领域常规使用的可刻蚀所述物料A的碱性物质，较佳地为氢氧化物，更佳地为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁和氢氧化钾中的一种或多种，进一步更佳地为氢氧化钠。
[0025]步骤(2)中，所述碱性溶液的pH值可为本领域常规，较佳地为8～14，更佳地为12～14。
[0026]步骤(2)中，所述物料A与所述碱性溶液中碱性物质的质量比较佳地为1：(0.2～0.4)。
[0027]步骤(2)中，所述反应的条件和方法可为本领域常规，一般可将所述物料A刻蚀为所述多孔树脂微球，即可。
[0028]步骤(2)中，所述反应的时间较佳地为3～4h。
[0029]步骤(2)中，所述反应的温度可为本领域该类操作常规的温度，较佳地为65～75℃，更佳地为70～75℃。
[0030]步骤(2)中，所述惰性气氛可为本领域常规使用的不与所述物料A和所述碱性溶液发生化学反应的惰性气氛，较佳地为氮气。
[0031]步骤(2)中，所述预碳化处理的条件和方法可为本领域该类操作常规的条件和方法。
[0032]步骤(2)中，所述预碳化处理的温度可为本领域该类操作常规使用的温度，较佳地为400～700℃，更佳地为600～700℃。
[0033]步骤(2)中，所述预碳化处理的时间可为本领域该类操作常规使用的时间，较佳地为1～8h，更佳地为3～8h。
[0034]步骤(2)中，所述洗涤的条件和方法可为本领域常规，一般可为水洗。
[0035]步骤(2)中，所述洗涤的次数可为本领域常规，一般可将体系中剩余所述碱性物质去除，即可。
[0036]步骤(2)中，所述干燥的条件和方法可为本领域常规，一般可在烘箱中进行。
[0037]步骤(2)中，所述干燥的温度可为本领域该类操作常规的温度，较佳地为100～150℃，更佳地为100～110℃。
[0038]步骤(2)中，所述干燥的时间可为本领域该类操作常规的时间，较佳地为3～5h，更佳地为4～5h。
[0039]步骤(2)中，所述干燥的操作前还可进一步包括过滤，收集滤渣的操作。其中，所述过滤的条件和方法可为本领域该类操作常规的条件和方法，一般可为抽滤。
[0040]步骤(3)中，所述沉积碳可为本领域技术人员常规认为的可沉积在所述多孔树脂微球内部和/或表面的碳。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：(1)在溶剂中，将热塑性酚醛树脂和固化剂经固化反应，干燥，制得物料A；所述固化反应的时间为大于或等于2h；(2)将所述物料A与碱性溶液进行反应，洗涤，干燥，再于惰性气氛或真空条件下进行预碳化处理，制得多孔树脂微球；所述物料A与所述碱性溶液中碱性物质的质量比为1：(0.01～0.4)；所述反应的时间为3～5h；(3)在惰性气氛或真空条件下，将有机碳源填充于所述多孔树脂微球的内部形成沉积碳，即可；所述多孔树脂微球与填充于所述多孔树脂微球内部的所述沉积碳的质量比为1：(0.025～0.5)。2.如权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述溶剂为醇类溶剂、酮类溶剂和苯类溶剂中的一种或多种，较佳地为醇类溶剂，更佳地为乙醇；和/或，步骤(1)中，所述热塑性酚醛树脂为苯酚
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甲醛树脂、间苯二酚
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甲醛树脂、3
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氨基酚
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甲醛树脂、双酚A
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甲醛树脂、腰果酚改性酚醛树脂、硼改性酚醛树脂、硅改性酚醛树脂和硒改性酚醛树脂中的一种或多种，较佳地为苯酚
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甲醛树脂、间苯二酚
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甲醛树脂和腰果酚改性酚醛树脂中的一种或多种；和/或，步骤(1)中，所述固化剂为脂肪族胺类固化剂、芳香族胺类固化剂、聚醚胺类固化剂、咪唑类固化剂、酸酐类固化剂、氨水和多聚甲醛中的一种或多种，较佳地为氨水、多聚甲醛和脂肪族胺类固化剂中的一种或多种；较佳地，所述脂肪族胺类固化剂为六次甲基四胺；和/或，步骤(1)中，所述热塑性酚醛树脂与所述溶剂的质量比为(0.05～1)：1，较佳地为(0.1～0.5)：1，更佳地为0.25：1；和/或，步骤(1)中，所述固化剂与所述热塑性酚醛树脂的质量比为(0.01～0.15)：1，较佳地为(0.04～0.08)：1，更佳地为0.06：1；和/或，步骤(1)中，所述固化反应的时间为2～5h；和/或，步骤(1)中，所述固化反应的温度为室温；和/或，步骤(1)中，所述干燥的方法为喷雾干燥；和/或，步骤(1)中，所述干燥的温度为50～70℃，较佳地为60～70℃。3.如权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述碱性溶液中的溶剂为水和/或醇类溶剂；和/或，步骤(2)中，所述碱性溶液中的碱性物质为氢氧化物，较佳地为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化镁和氢氧化钾中的一种或多种，更佳地为氢氧化钠；和/或，步骤(2)中，所述碱性溶液的pH值为8～14，较佳地为12～14；和/或，步骤(2)中，所述物料A与所述碱性溶液中的碱性物质的质量比为1：(0.2～0.4)；和/或，步骤(2)中，所述反应的时间为3～4h；和/或，步骤(2)中，所述反应的温度为65～75℃，较佳地为70～75℃；和/或，步骤(2)中，所述惰性气氛为氮气；
和/或，步骤(2)中，所述预碳化处理的温度为400～700℃，较佳地为600～700℃；和/或，步骤(2)中，所述预碳化处理的时间为1～8h，较佳地为3～8h；和/或，步骤(2)中，所述洗涤的方法为水洗；和/或，步骤(2)中，所述干燥的温度为100～150℃，较佳地为100～110℃；和/或，步骤(2)中，所述干燥的时间为3～5h，较佳地为4～5h；和/或，步骤(2)中，所述干燥的操作前还进一步包括过滤，收集滤渣的操作；较佳地，所述过滤的方法为抽滤。4.如权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述有机碳源的种类为烷烃、烯烃、炔烃、软化点为50～400℃的沥青、软化点为50～400℃的焦油和软化点为50～400℃的树脂中的一种或多种，较佳地为乙烯、乙炔和软化点为50～400℃的沥青中的一种或多种；和/或，步骤(3)中，在所述多孔树脂微球的内部填充所述沉积碳时，在所述多孔树脂微球的表面包覆有沉积碳；和/或，步骤(3)中，所述惰性气氛为氮气；和/或，步骤(3)中，所述填充的方法为气相沉积和/或碳化处理；和/或，步骤(3)中，所述填充的操作后还进一步包括冷却和/或筛分的处理。5.如权利要求4所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，当采用所述气相沉积的方法进行所述填充时，所述有机碳源以有机碳源气体的形式添加；当采用所述气相沉积的方法进行所述填充时，所述有机碳源的种类为烷烃、烯烃和炔烃中一种或多种，较佳地为乙烯和/...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾繁俊，张秀云，沈龙，朱从连，
申请(专利权)人：宁波杉杉新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：