一种改性硬炭负极材料及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种改性硬炭负极材料及其制备方法、应用。其包括下述步骤：S1将碳质材料与交联剂混合反应，制得交联后碳质材料，将交联后碳质材料进行碳化处理；S2S1所得物料和改性剂微波辅助混合，碳化处理，制得改性硬炭负极材料；其中，改性剂为银盐和锂盐，银盐和锂盐的质量比为1:1

【技术实现步骤摘要】
一种改性硬炭负极材料及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及一种改性硬炭负极材料及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]消费电子、动力汽车领域对快充的需求日益增长。石墨，作为广泛应用的锂离子电池负极材料，其对锂离子快速脱嵌的劣势已经逐渐显现。快充场景对于负极材料结构的稳定性同样是考验。
[0003]硬炭具有丰富的孔隙结构受到广泛关注，其在快速脱嵌离子过程中，结构能够保持稳定并且无颗粒膨胀现象。一些已经用硬炭掺混技术解决了石墨快充过程中的析锂、动力学差等瓶颈问题。并且，相比石墨372mAh/g的理论容量，硬炭的储锂容量更高，加入硬炭后同时还能提升负极端容量。
[0004]然而硬炭本身的导电性低于石墨，其展现出的倍率性能还具有很大提升空间。常用的提升硬炭倍率性能的方法，比如专利EP3360182B1降低粒径尺度，缩短颗粒间传输距离，但其可能会带来更多的电解液消耗和首效的降低的缺陷。金属掺杂也能够提升导电性能，但是对工艺控制过程要求较高。如何获得一种制备方法简单，首次库伦效率、倍率性能优异的硬炭负极材料是本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是克服了现有技术中在制备硬炭负极材料时制备工艺较为复杂，无法兼具优异的首次库伦效率和倍率性能的缺陷，提供一种改性硬炭负极材料及其制备方法、应用。
[0006]本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题。
[0007]本专利技术提供了一种改性硬炭负极材料的制备方法，其包括下述步骤：
[0008]S1将碳质材料与交联剂混合反应，制得交联后碳质材料，将所述交联后碳质材料进行碳化处理；
[0009]S2 S1所得物料和改性剂微波辅助混合，烧结，制得所述改性硬炭负极材料；
[0010]其中，所述改性剂为银盐和锂盐，所述银盐和所述锂盐的质量比为1:1
‑
1:0.3。
[0011]S1中，所述碳质材料可为本领域常规，例如酚醛树脂、环氧树脂、糠醛树脂、花生壳、小龙虾壳、无烟煤、沥青、玉米芯、稻谷壳、葡萄糖和木薯粉等中的一种或多种，例如酚醛树脂和/或葡萄糖。
[0012]一优选实施例中，所述碳质材料为酚醛树脂和葡萄糖，酚醛树脂和葡萄糖的质量比为(0.2
‑
4)：1，例如1:4、2:3、3:2或4:1。
[0013]S1中，所述碳质材料和所述交联剂的质量比较佳地为100：(5
‑
30)，例如100:15。
[0014]S1中，所述交联剂可为本领域常规能够使得碳质材料进行交联的物质，例如马来酸和/或甲醇。
[0015]当所述交联剂为马来酸和甲醇混合液时，马来酸和甲醇摩尔比较佳地为1:0.8
‑
1.2，例如1：1。
[0016]S1中，所述交联剂一般以溶液的形成添加。
[0017]当交联剂以溶液的形式使用时，溶液中的溶剂一般为水。
[0018]当交联剂以溶液的形式使用时，交联剂的浓度可为本领域常规，例如3mol/L。
[0019]S1中，所述混合反应的温度较佳地为50
‑
180℃，例如120℃。
[0020]S1中，所述混合反应的时间较佳地为2
‑
12h。
[0021]S1中，所述混合反应可在常压下进行。
[0022]S1中，所述混合反应之后，一般自然冷却。
[0023]S1中，所述混合反应之后，较佳地将所述交联后碳质材料进行粉碎分级。
[0024]其中，所述粉碎分级后产品的粒径较佳地为5
‑
10μm。
[0025]S1中，所述碳化处理的温度较佳地为500
‑
575℃。
[0026]S1中，所述碳化处理的时间较佳地为2
‑
4h，例如3h。
[0027]S1中，所述碳化处理的压力较佳地为1MPa
‑
1.3MPa。
[0028]S1中，所述碳化处理的氛围一般为惰性氛围或者氮气氛围。所述惰性氛围可为氩气氛围。
[0029]S1中，升温至碳化处理温度的速率较佳地为2
‑
3℃/min，例如2.3℃/min。
[0030]S1中，所述碳化处理后一般自然冷却。
[0031]S1中，所述碳化处理的操作后，较佳地进行粉碎筛分。所述粉碎筛分后物料的粒径较佳地为3
‑
5μm，例如3μm、4μm或5μm。
[0032]S2中，所述改性剂与所述碳质材料质量比较佳地为0.01
‑
0.1:100，例如0.05:100。
[0033]S2中，所述银盐较佳地为硝酸银、醋酸银、氯化银、碳酸银和磷酸银中的一种或多种，例如醋酸银。
[0034]S2中，所述锂盐较佳地为硝酸锂、醋酸锂、氯化锂和碳酸锂中的一种或多种，例如醋酸锂。
[0035]S2中，所述银盐和所述锂盐的质量比较佳地为1:1
‑
1:0.3，例如1:0.3、1:0.5、1:0.8或者1:1。
[0036]S2中，所述微波辅助混合的频率较佳地为1400
‑
1600MHz，例如1500MHz。
[0037]S2中，所述微波辅助混合的时间较佳地为10
‑
14h，例如12h。
[0038]S2中，所述烧结的压力可为101Kpa
‑
100Pa，例如101KPa。
[0039]S2中，所述烧结的温度可为1000
‑
1200℃，例如1120℃。
[0040]S2中，所述烧结的时间可为2
‑
3h，例如3h。
[0041]S2中，升温至烧结温度的速率较佳地为2
‑
3℃/min，例如3℃/min。
[0042]本专利技术还提供了一种由上述制备方法制得的改性硬炭负极材料。
[0043]本专利技术还提供了一种所述改性硬炭负极材料在锂离子电池中的应用。
[0044]在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。
[0045]本专利技术所用试剂和原料均市售可得。
[0046]本专利技术的积极进步效果在于：
[0047]本专利技术制备方法简单，成本低；所得改性硬炭负极材料中掺杂元素分布均匀性好，
具有稳定的结构，有利于提高其快速嵌锂的能力使得电池具有优异的电化学性能，例如优异的首次库伦效率、倍率性能、循环性能、高倍率下的可逆容量及容量保持率。
附图说明
[0048]图1为实施例1制得的改性硬炭负极材料的扫描电镜图。
具体实施方式
[0049]下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
[0050]实施例1
[0051]S1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：S1将碳质材料与交联剂混合反应，制得交联后碳质材料，将所述交联后碳质材料进行碳化处理；S2 S1所得物料和改性剂微波辅助混合，烧结，制得所述改性硬炭负极材料；其中，所述改性剂为银盐和锂盐，所述银盐和所述锂盐的质量比为1:1
‑
1:0.3。2.如权利要求1所述的改性硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，S1中，所述碳质材料为酚醛树脂、环氧树脂、糠醛树脂、花生壳、小龙虾壳、无烟煤、沥青、玉米芯、稻谷壳、葡萄糖和木薯粉等中的一种或多种，例如酚醛树脂和/或葡萄糖；当所述碳质材料为酚醛树脂和葡萄糖时，酚醛树脂和葡萄糖的质量比较佳地为(0.2
‑
4)：1，例如1:4、2:3、3:2或4:1；和/或，S1中，所述碳质材料和所述交联剂的质量比为100：(5
‑
30)，例如100:15；和/或，S1中，所述交联剂为马来酸和/或甲醇；当所述交联剂为马来酸和甲醇混合液时，马来酸和甲醇摩尔比较佳地为1:0.8
‑
1.2，例如1：1。3.如权利要求1所述的改性硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，S1中，所述混合反应的温度为50
‑
180℃，例如120℃；和/或，S1中，所述混合反应的时间为2
‑
12h；和/或，S1中，所述混合反应之后，将所述交联后碳质材料进行粉碎分级；其中，所述粉碎分级后产品的粒径较佳地为5
‑
10μm。4.如权利要求1所述的改性硬炭负极材料的制备方法，其特征在于，S1中，所述碳化处理的温度为500
‑
575℃；和/或，S1中，所述碳化处理的时间为2
‑
4h，例如3h；和/或，S1中，所述碳化处理的压力为1MPa
‑
1.3MPa；和/或，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何亚文，范拯华，胡国志，张秀云，
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：