一种动力储能电池用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动力储能电池用硬碳负极材料及其制备方法，包括：1）碳基体为橡胶，纤维，树脂高分子聚合物或其混合物，进行一次固化处理后，粉碎，分级至颗粒粒径在300μm以下；2）一次固化产物添加交联剂，进行交联聚合反应后，进行二次固化，粉碎分级至颗粒粒径在250μm以下；3）二次固化产物与固化剂，掺杂剂混合后，进行三次固化，粉碎；4）三次固化产物与包覆物充分混合，进行四次固化处理，粉碎；5）四次固化产物在惰性气体氛围中进行一次炭化处理，粉碎，分级至颗粒粒径在150μm以下；6）一次炭化产物经过保温后，继续进行二次炭化处理，粉碎，分级至颗粒粒径在30μm以下。采用本发明专利技术方法制备的硬碳负极锂电池具有容量高、首次库伦效率高、倍率性能优异、高低温性能良好、稳定性高等特点，材料制备成本低，适宜工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，包括：1）碳基体为橡胶，纤维，树脂高分子聚合物或其混合物，进行一次固化处理后，粉碎，分级至颗粒粒径在300μm以下；2）一次固化产物添加交联剂，进行交联聚合反应后，进行二次固化，粉碎分级至颗粒粒径在250μm以下；3）二次固化产物与固化剂，掺杂剂混合后，进行三次固化，粉碎；4）三次固化产物与包覆物充分混合，进行四次固化处理，粉碎；5）四次固化产物在惰性气体氛围中进行一次炭化处理，粉碎，分级至颗粒粒径在150μm以下；6）一次炭化产物经过保温后，继续进行二次炭化处理，粉碎，分级至颗粒粒径在30μm以下。采用本专利技术方法制备的硬碳负极锂电池具有容量高、首次库伦效率高、倍率性能优异、高低温性能良好、稳定性高等特点，材料制备成本低，适宜工业化生产。【专利说明】—种动力储能电池用硬碳负极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池负极材料的制备
，具体涉及到一种用于动力储能电池的硬碳负极材料及其制备方法。
技术介绍
随着科技的发展和生活水平的提高，人类对多功能便携式电子设备以及电动车等设备的需求日益增加，锂离子电池因其具有体积小、能量密度大等优点而受到广泛关注和应用。其中负极材料是影响锂离子电池容量的重要因素之一，现有技术中一般采用的是石墨或改性的石墨。然而，其理论嵌锂容量372mAh/g已越来越不能满足需求，而且特有的层状结构导致循环稳定性不好，对电解液也高度敏感，因此亟需寻找一种替代石墨的负极材料。硬碳是碳材料的一种，以其无规排序所具有的较高容量、低造价和优良循环性能、优异的倍率和循环性能以及低温特性等引起了人们的极大兴趣。硬碳是指难石墨化的碳，是高分子聚合物的热解碳，如糠醛树脂热分解产物、酚醛树脂热分解产物、炭黑等。但是硬碳直接作为锂离子电池的负极材料，还是有可逆容量低，首次效率低，放电电压低等缺点，因此，需要对硬碳材料进行改性。中国专利CN1947286A使用多孔性球状浙青流化床氧化、炭化方法来改性制备难石墨化性碳，这种方法存在着制备工艺复杂，制作成本高、难以实现商业化的缺陷。中国专利CN1422235A公开了将树脂等在高压釜内液相脱水、洗涤干燥高温炭化制备的硬碳材料，但其同样存在制备工艺繁琐难以实现工业化生产等问题。中国专利CN101887966A公开了一种锂离子电池复合硬碳负极材料的制备方法，包括固化、热解、粉碎、包覆，与现有技术相t匕，利用在树脂中添加固化剂和掺杂物进行固化做碳源，经热解、包覆，得到复合硬碳负极材料，但该方法采用热塑性树脂为原料，成本较高，并且得到的负极材料的电学性能不能满足需要。`因此，提供一种低成本，且电学性能优异的硬碳负极材料及其制备方法已成为所属领域的技术难题。
技术实现思路
针对现有硬碳材料制备技术的不足，本专利技术的目的在于提供。本专利技术能够降低硬碳负极材料制备成本，提高生产可行程度，改善电池负极材料的首次充放电库伦效率、高倍率充放电性能和高低温循环性能。—种动力储能电池用硬碳负极的制备方法，依次包括以下步骤:I)选取橡胶，纤维，树脂高分子聚合物中的一种或几种的混合物为碳基体，进行一次固化处理后，粉碎，分级至颗粒粒径在300 以下；2)—次固化产物添加交联剂，进行交联聚合反应后，进行二次固化，粉碎分级至颗粒粒径在250 ii m以下；3) 二次固化产物与固化剂，掺杂剂混合后，进行三次固化，并粉碎；4)三次固化产物与包覆物充分混合，进行四次固化处理，并粉碎，分级至颗粒粒径在150iim以下；5)四次固化产物在惰性气体氛围中进行一次炭化处理，6) 一次炭化产物经过保温后，继续进行二次炭化处理，粉碎，分级至颗粒粒径在30 u m以下。所述的橡胶包括丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、异丙橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、聚氨酯橡胶丙烯酸酯橡胶、氯酯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丁基橡胶；所述的纤维包括植物纤维、动物纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯腈纤维、聚丙烯纤维、聚氯乙烯纤维；所述的树脂包括聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚甲醛、丙烯酸树脂、聚碳酸酯、酚醛树脂、聚酯树脂、聚酰胺树脂、糠醛苯酚树脂、康醇树脂、聚丁二烯树月旨、三氯氰胺甲醛树脂、环氧树脂、聚氨树脂、尿醛树脂。 上述方法中一次固化处理和二次固化处理均是在空气中，以I~10°C /min的升温速率到100~200°C下保温，固化3~36h，自然冷却至室温；所述的交联剂为芳香烃、芳香醛、甲醛聚合物、甲醛、甲醛、苯甲醛、烃基醛聚合物中的一种或几种；添加的交联剂质量百分比为30%~50%,;交联聚合反应时间为2~36h,反应温度为60~200°C。上述方法中交联聚合反应在质量分数大于70%浓硫酸与质量分数大于40%的苯磺酸或苯磺酸衍生物混合的酸性介质中进行；所述的一次固化产物与酸性介质中溶质的质量比为 1:0.01 ~1:5。上述方法中第三次固化时所述的固化剂为乙二胺、己二胺、间苯二胺、苯二胺、苯胺、三聚氰胺、六次甲基四胺、苯胺甲醛树脂、聚酰胺树脂、邻苯二甲酸酐、苯磺酸、对甲基苯磺酸中的一种或几种；所述的掺杂剂包括钪、钛、f凡、铬、猛、铁、钴、镍、铜、锌、铅、铺、锡、娃、磷、硫、硼、过渡金属氧化物、氢氧化物、磷酸钠、磷酸二氢钠、碳酸钴、碳酸镍、五氧化二硅、五氧化二磷、硼酸、磷酸、硅酸、磷酸铵、硫酸铵、磷酸二氢铵、有机硅树脂、乙二醇硼酸酯中的一种或几种；所述的固化剂添加质量百分比不超过80% ;所述的掺杂剂添加质量百分比不超过20%。上述方法中所述的三次固化处理为二次固化产物在空气中，以I~10°C /min的升温速率到200~500°C下，固化3~36h，自然冷却至室温；所述的四次固化处理为三次固化产物在空气中，以I~10°C /min的升温速率到500~850°C下，固化I~12h，自然冷却至室温。所述的包覆物为羧甲基纤维素、乙基四甲基碳酸酯、丁苯橡胶、柠檬酸、聚乙烯醇、环氧树脂、浙青、酚醛树脂、聚环氧乙烷、据环氧丙烷、聚酰亚胺、聚吡咯、聚苯胺、聚乙二醇亚胺、聚间苯二胺、聚噻吩、聚丙烯腈、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚苯硫醚、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯乙烯、聚对苯、聚对苯撑乙烯中的一种或几种；所述的包覆物添加的质量百分比为不超过20%。上述方法中所述的一次炭化处理为四次固化产物，在惰性气体氛围中，以I~10°c /min的升温速率到900~1350°C下，一次炭化I~12h ;所述的二次炭化处理为一次炭化粉碎后的产物，在惰性气体氛围中，以I~10°C /min的升温速率到1000~1600°C下，二次炭化I~12h。上述方法中一次固化处理优选升温速率I~5°C /min，优选保温温度为150~200°C，优选一次固化时间为24~36h。上述方法中添加的交联剂优选质量百分比为40%~50%，优选反应时间为15~28h，优选反应温度为100~160°C。上述方法中一次固化产物与酸性介质优选质量比为1:3~1:5。上述方法中二次固化处理优选升温速率I~5°C /min，优选保温温度为150~200°C，优选二次固化时间为24~36h。上述方法中添加固化剂的质量百分比优选为20~50% ;掺杂剂优选为I~10%。上述方法中三次固化处理优选升温速率I~5°C /min，优选保温温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：纪效波，
申请(专利权)人：纪效波，
类型：发明
国别省市：