一种锂离子二次电池用硬碳负极材料及其制备方法技术

一种锂离子二次电池用硬碳负极材料及其制备方法，所述硬碳负极材料包括：硬碳前驱体、含磷掺杂物和聚合物，其中，所述硬碳前驱体由硬碳原料制备而成，所述含磷掺杂物中的磷元素在所述硬碳负极材料中的质量分数为0.3％‑5％，所述硬碳负极材料表面的至少一部分被所述聚合物覆盖，所述聚合物在所述硬碳负极材料中的质量分数为1％‑20％。本发明专利技术提供的一种锂离子二次电池用硬碳负极材料及其制备方法，制备的硬碳负极材料含有0.3％‑5％质量比的磷元素，磷掺杂能增加硬碳负极材料在充放电过程中的嵌锂位点，从而提高硬碳负极材料的比容量，所述硬碳负极材料的首次可逆容量大于500mAh/g，首次库伦效率大于83％。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子二次电池用硬碳负极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，具体涉及一种锂离子二次电池用硬碳负极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子二次电池由于具有良好的稳定性、高能量密度和无记忆效应等优点而被广泛应用于3C消费类、动力类和储能类电池领域。目前商用的锂离子二次电池负极材料主要以石墨负极为主，但石墨负极的理论比容量较低，仅为372mAh/g，而且大倍率持续充放电能力和低温性能难以有效提高。因此，开发一种新型的比容量高、倍率性能优秀且低温性能良好的锂离子二次电池负极材料是当前研究的重要方向。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种锂离子二次电池用硬碳负极材料，包括：硬碳前驱体、含磷掺杂物和聚合物，其中，所述硬碳前驱体由硬碳原料制备而成，所述含磷掺杂物中的磷元素在所述硬碳负极材料中的质量分数为0.3％-5％，所述硬碳负极材料表面的至少一部分被所述聚合物覆盖，所述聚合物在所述硬碳负极材料中的质量分数为1％-20％。优选地，所述硬碳原料包括生物质材料、高分子聚合物、炭素制品和糖类中的一种或多种。优选地，所述生物质材料包括稻壳、花生壳、开心果壳、核桃壳、葵花籽壳、松果、大米、椰壳、竹子、玉米棒、油菜秸秆和甘蔗渣中的一种或多种。优选地，所述高分子聚合物包括聚氯乙烯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、双马来酰亚胺、聚丙烯聚碳酸酯、聚醚醚酮和聚苯乙烯中的一种或多种。优选地，所述炭素制品包括石油焦、沥青焦和煤系焦中的一种或多种。<br>优选地，所述糖类包括果糖、甘露糖、蔗糖、葡萄糖、半乳糖、半乳聚糖、氨基糖、核糖、脱氧核糖、淀粉、纤维素、多聚糖、果胶、戊糖、甘露糖、甘露聚糖、壳多糖、麦芽糖、阿拉伯胶、糖元、菊糖和几丁质中的一种或多种。优选地，所述含磷掺杂物包括五氧化二磷、磷酸、磷酸二氢钠、磷酸钠、磷酸钾、磷酸铵和磷酸二氢铵中的一种或多种。优选地，所述聚合物包括聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩和聚酰亚胺中的一种或多种。优选地，所述含磷掺杂物与所述硬碳前驱体的质量比为(1-20)：100。本专利技术还提供了一种锂离子二次电池用硬碳负极材料的制备方法，所述硬碳负极材料包括如上述中任一所述的锂离子二次电池用硬碳负极材料，所述方法包括步骤：准备硬碳原料、含磷掺杂物和聚合物；对所述硬碳原料进行粗碎并得到粗碎料；在惰性气体环境中对所述粗碎料进行1h-10h的200℃-500℃的煅烧并得到第一煅后料；使用质量分数低于15％的稀盐酸对所述第一煅后料进行酸洗；对酸洗后的所述第一煅后料依次进行烘干、粉碎和过筛并得到硬碳前驱体；将所述硬碳前驱体和所述含磷掺杂物混合并得到混合料；在惰性气体环境中对所述混合料进行2h-4h的200℃-500℃的煅烧并得到第二煅后料；将所述聚合物溶入水中并得到聚合物溶液；将所述第二煅后料溶入所述聚合物溶液中搅拌并得到混合溶液；干燥所述混合溶液并得到混合料；对所述混合料进行打散、筛分和除磁并得到硬碳负极材料。本专利技术提供的一种锂离子二次电池用硬碳负极材料及其制备方法的优点为：(1)本专利技术制备的硬碳负极材料含有0.3％-5％质量比的磷元素，磷掺杂能增加硬碳负极材料在充放电过程中的嵌锂位点，从而提高硬碳负极材料的比容量，所述硬碳负极材料的首次可逆容量大于500mAh/g，首次库伦效率大于83％；(2)本专利技术制备的硬碳负极材料中，聚合物包覆能减少碳负极材料与电解液的副反应，减少不可逆锂离子损失，有助于提供SEM的稳定性，同时提升循环性能；(3)本专利技术制备的硬碳负极材料所使用的原料价格便宜，制备工序和设备成熟，适合大规模生产；(4)本专利技术制备的硬碳负极材料用作锂离子电池的负极活性物质时，能明显提升电池的循环性能，1C/1C倍率下循环2400次的容量保持率在89％左右。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1制得的硬碳负极材料的SEM图；图2是本专利技术实施例1制得的硬碳负极材料的SEM图；图3是本专利技术实施例1制得的硬碳负极材料的EDS图；图4是本专利技术实施例1制得的硬碳负极材料的XRD图；图5是本专利技术实施例1制得的硬碳负极材料的扣式电池的首次充放电曲线；图6是本专利技术实施例1制得的硬碳负极材料在软包电池中，1C/1C倍率下的循环曲线。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。本专利技术提供了一种锂离子二次电池用硬碳负极材料，包括：硬碳前驱体、含磷掺杂物和聚合物，其中，所述硬碳前驱体由硬碳原料制备而成，所述含磷掺杂物中的磷元素在所述硬碳负极材料中的质量分数为0.3％-5％，所述硬碳负极材料表面的至少一部分被所述聚合物覆盖，所述聚合物在所述硬碳负极材料中的质量分数为1％-20％。在本申请实施例中，所述硬碳原料包括生物质材料、高分子聚合物、炭素制品和糖类中的一种或多种。在本申请实施例中，所述生物质材料包括稻壳、花生壳、开心果壳、核桃壳、葵花籽壳、松果、大米、椰壳、竹子、玉米棒、油菜秸秆和甘蔗渣中的一种或多种。在本申请实施例中，所述高分子聚合物包括聚氯乙烯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、双马来酰亚胺、聚丙烯聚碳酸酯、聚醚醚酮和聚苯乙烯中的一种或多种。在本申请实施例中，所述炭素制品包括石油焦、沥青焦和煤系焦中的一种或多种。在本申请实施例中，所述糖类包括果糖、甘露糖、蔗糖、葡萄糖、半乳糖、半乳聚糖、氨基糖、核糖、脱氧核糖、淀粉、纤维素、多聚糖、果胶、戊糖、甘露糖、甘露聚糖、壳多糖、麦芽糖、阿拉伯胶、糖元、菊糖和几丁质中的一种或多种。在本申请实施例中，所述含磷掺杂物包括五氧化二磷、磷酸、磷酸二氢钠、磷酸钠、磷酸钾、磷酸铵和磷酸二氢铵中的一种或多种。在本申请实施例中，所述聚合物包括聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩和聚酰亚胺中的一种或多种。在本申请实施例中，所述含磷掺杂物与所述硬碳前驱体的质量比为(1-20)：100。在本申请实施例中，本专利技术还提供了一种锂离子二次电池用硬碳负极材料的制备方法，所述硬碳负极材料包括如上述中任一所述的锂离子二次电池用硬碳负极材料，所述方法包括步骤：准备硬碳原料、含磷掺杂物和聚合物；对所述硬碳原料进行粗碎并得到粗碎料；在惰性气体环境中对所述粗碎料进行1h-10h的200℃-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子二次电池用硬碳负极材料，其特征在于，包括：硬碳前驱体、含磷掺杂物和聚合物，其中，所述硬碳前驱体由硬碳原料制备而成，所述含磷掺杂物中的磷元素在所述硬碳负极材料中的质量分数为0.3％-5％，所述硬碳负极材料表面的至少一部分被所述聚合物覆盖，所述聚合物在所述硬碳负极材料中的质量分数为1％-20％。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子二次电池用硬碳负极材料，其特征在于，包括：硬碳前驱体、含磷掺杂物和聚合物，其中，所述硬碳前驱体由硬碳原料制备而成，所述含磷掺杂物中的磷元素在所述硬碳负极材料中的质量分数为0.3％-5％，所述硬碳负极材料表面的至少一部分被所述聚合物覆盖，所述聚合物在所述硬碳负极材料中的质量分数为1％-20％。


2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用硬碳负极材料，其特征在于，所述硬碳原料包括生物质材料、高分子聚合物、炭素制品和糖类中的一种或多种。


3.根据权利要求2所述的锂离子二次电池用硬碳负极材料，其特征在于，所述生物质材料包括稻壳、花生壳、开心果壳、核桃壳、葵花籽壳、松果、大米、椰壳、竹子、玉米棒、油菜秸秆和甘蔗渣中的一种或多种。


4.根据权利要求2所述的锂离子二次电池用硬碳负极材料，其特征在于，所述高分子聚合物包括聚氯乙烯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、双马来酰亚胺、聚丙烯聚碳酸酯、聚醚醚酮和聚苯乙烯中的一种或多种。


5.根据权利要求2所述的锂离子二次电池用硬碳负极材料，其特征在于，所述炭素制品包括石油焦、沥青焦和煤系焦中的一种或多种。


6.根据权利要求2所述的锂离子二次电池用硬碳负极材料，其特征在于，所述糖类包括果糖、甘露糖、蔗糖、葡萄糖、半乳糖、半乳聚糖、氨基糖、核糖、脱氧核糖、淀粉、纤维素、多聚糖、果胶、戊糖、甘露糖、甘露聚糖、壳多糖、麦芽糖、阿拉伯胶、糖元、菊糖和几丁质中的一种或多种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王燕飞，阳柳，周桂民，
申请(专利权)人：常德速碳新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43