硬炭材料及其制备方法和应用、锂离子电池技术

本发明专利技术公开了硬炭材料及其制备方法和应用、锂离子电池。该制备方法包括如下步骤：(1)将前驱体A的原料混合，加热，得到液态浆料；再将液态浆料进行喷雾干燥，得到前驱体A；(2)将前驱体A进行固化处理，得到前驱体B；其中，固化处理依次包括；第一级热处理，温度为150～350℃；第二级热处理，温度为360～420℃；第三级热处理，温度为450～650℃；(3)将前驱体B进行炭化处理。本发明专利技术中的硬炭材料品质稳定，孔道结构合理，电阻率较低，便于锂离子的嵌入和脱出，用作锂离子电池负极材料时，可逆容量高，大电流性能较好，循环性能优异，首次放电效率高；且制备方法简单，工艺流程连贯，可用于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
硬炭材料及其制备方法和应用、锂离子电池
本专利技术涉及硬炭材料及其制备方法和应用、锂离子电池。
技术介绍
随着电子电力技术的发展，二次电池因难以克服自身劣势，无法满足日益严苛的要求。因此，能量密度高、环境适应性强、循坏寿命高的锂离子电池逐渐成为广泛应用的电化学电源，并在微电子领域、可穿戴设备、移动终端、电力储能、交通运输等领域持续发展。传统的锂离子电池采用石墨负极材料，但是由于石墨的晶格结构导致锂离子快速嵌入的能力较弱，因此负极材料为石墨的锂离子电池快速充电能力较差。而硬炭材料既具有类石墨晶体的微小晶畴，又存在缺陷石墨层的乱序堆积和孔道结构，使得溶剂化的锂离子能够快速扩散至硬炭材料中的石墨微晶表面，极大的减少了锂离子的扩散阻力和迁移距离，有利于锂离子快速嵌入石墨微晶和吸附于微小缺陷石墨层的乱序堆积孔道内。由此可见，相比于石墨，硬炭材料更适用作为锂离子电池负极材料，提高快速充电能力，并可在低温条件下使用，同时还能够满足锂离子电容器的复合离子吸附。专利CN1947286A中采用交联反应法制备多孔性沥青，然后经空气氧化制得难石墨化的硬本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硬炭材料的制备方法，其包括如下步骤：/n(1)将前驱体A的原料混合，加热，得到液态浆料；再将所述液态浆料进行喷雾干燥，得到前驱体A；/n其中，所述前驱体A的原料包括碳源、有机溶剂和交联剂；所述喷雾干燥的温度为80～150℃；/n(2)将所述前驱体A进行固化处理，得到前驱体B；/n其中，所述固化处理依次包括；第一级热处理，温度为150～350℃；第二级热处理，温度为360～420℃；第三级热处理，温度为450～650℃；/n(3)将所述前驱体B进行炭化处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种硬炭材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)将前驱体A的原料混合，加热，得到液态浆料；再将所述液态浆料进行喷雾干燥，得到前驱体A；
其中，所述前驱体A的原料包括碳源、有机溶剂和交联剂；所述喷雾干燥的温度为80～150℃；
(2)将所述前驱体A进行固化处理，得到前驱体B；
其中，所述固化处理依次包括；第一级热处理，温度为150～350℃；第二级热处理，温度为360～420℃；第三级热处理，温度为450～650℃；
(3)将所述前驱体B进行炭化处理。


2.如权利要求1所述的硬炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳源的残炭值为30％以上；
和/或，所述碳源为沥青、焦油、石油树脂、酚醛树脂和环氧树脂中的一种或多种；优选为沥青；
其中，所述沥青的软化点优选为200～300℃；所述酚醛树脂的残炭值优选为50％以上；
和/或，所述有机溶剂为芳香族溶剂，脂肪族烃类或其同系物溶剂，脂肪族醇类溶剂，以及，杂环类物质或其同系物溶剂中的一种或多种；优选为芳香族溶剂和脂肪族烃类溶剂的复配；
其中，所述芳香族溶剂优选为苯、萘、蒽、菲及其同系物中的一种或多种；所述脂肪族烃类或其同系物溶剂优选为丁烷、戊烷、己烷、庚烷、石脑油、轻烃燃气、洗油和煤油中的一种或多种；
所述脂肪族醇类溶剂优选为甲醇、乙醇、丙醇和丁醇中的一种或多种；所述杂环类物质或其同系物溶剂优选为呋喃、吡咯和喹啉中的一种或多种；
优选地，所述有机溶剂为香族溶剂和脂肪族烃类溶剂的复配；
更优选地，所述有机溶剂为萘、洗油和石油化工轻烃燃气的复配；其中，所述萘的含量优选为10～30％，所述洗油的含量优选为30～50％，所述石油化工轻烃燃气的含量优选为30～50％；百分比为各组分占所述有机溶剂的质量百分比；
更优选地，所述有机溶剂为萘和洗油的复配；其中，所述萘的含量优选为70～90％，所述洗油的含量优选为10～30％；百分比为各组分占所述有机溶剂的质量百分比；
和/或，按照所述碳源的残炭值计，所述交联剂占所述碳源的质量百分比为10％～100％；
和/或，所述交联剂为多官能乙烯基单体、偶氮类引发剂、有机过氧化引发剂和无机过氧化物引发剂中的一种或多种；优选为无机过氧化物引发剂；
其中，所述多官能乙烯基单体优选为二乙烯基苯、三乙烯基苯、邻苯二甲酸二烯丙酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯和N,N-亚甲基双丙烯酰胺中的一种或多种；
所述偶氮类引发剂优选为偶氮双异丁睛；
所述有机过氧化引发剂优选为过氧化苯甲酰、过氧化月桂酰、氢过氧化枯烯、过氧化二异丙苯和叔丁基过氧化氢中的一种或多种；
所述无机过氧化物引发剂优选为过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠、过氧化氢、空气和氧气中的一种或多种；更优选为过硫酸铵和空气。


3.如权利要求1所述的硬炭材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述前驱体A的原料还包括造孔剂；
所述造孔剂为优选为酚醛树脂、聚乙烯吡咯烷酮和聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物中的一种或多种；
更优选地，所述碳源为沥青，所述造孔剂为聚乙烯吡咯烷酮；
或者，更优选地，所述碳源为焦油，所述造孔剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物；
和/或，步骤(1)中，所述前驱体A的原料还包括导电剂；
优选地，所述导电剂为导电石墨、石...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘福森，沈龙，张秀云，曾繁俊，范拯华，王晓阳，陈兵帅，
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：浙江;33