[发明专利]锂离子二次电池用硬碳负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池用硬碳负极材料及其制备方法。

背景技术

进入21世纪，地球上石油储量日益枯竭，以及汽车尾气排放对环境产生的温室效应。锂离子电池具有体积小、质量轻等优点。为有效利用锂离子电池的这些优势，近年来，科研人员正在积极地开发用于电动汽车的锂离子电池。电动汽车一般包括只利用电动机驱动的电动汽车(EV)以及依靠发动机和电动机组合驱动的混合型电动汽车(HEV)，其中，HEV具有经济性和低油耗的特点。

这样，就需要HEV用锂离子二次电池具有与现有小型携带设备中的锂离子电池所不相同的特性，需要更好的大电流充放电性能和更高安全性。硬碳负极材料由于其牢固稳定的大分子层面结构，更适宜在大电流充放电下使用而备受关注，其良好的安全性能有望在电动汽车上得到应用。

中国专利CN1947286A用多孔性球状沥青流化床氧化、炭化方法来制备难石墨化性碳，这种方法存在着制备工艺复杂，制作成本高、难于实现商业化的缺陷。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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服了现有的硬碳负极材料的制备方法复杂、成本高，难以工业化生产的缺陷，提供一种锂离子二次电池用硬碳负极材料及其制备方法。本发明的制备方法工艺简单易行，原料来源广泛且成本低，制得的硬碳负极材料电化学性能好，大电流充放电性能和循环性能好，安全性和稳定性好，并且对电解液及其它添加剂适应性较好，使用该硬碳负极材料所制得的锂离子电池产品性质稳定，批次之间几乎没有差别。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种锂离子二次电池用硬碳负极材料的制备方法，其包括下述步骤：①芳香族化合物与交联剂进行交联和聚合反应，得交联物；②将所述交联物进行不融化处理，粉碎、分级至颗粒粒径在250μm以下，然后进行预炭化处理；③粉碎，分级至颗粒粒径在250μm以下，进行炭化处理；④粉碎、分级至颗粒的体积平均粒径D50为2～30μm，即可；所述的芳香族化合物为C₁₂～C₁₆的芳烃和/或杂环芳烃。

步骤①中，所述的芳香族化合物较佳地为蒽、菲、芘和咔唑中的一种或多种。

步骤①中，所述交联剂可选用本领域此类反应中各种常用的交联剂，只要其能够与所述芳香族化合物发生交联反应即可，较佳地为糠醛、苯甲醛、三聚甲醛和甲醛中的一种或多种。

步骤①中，所述交联和聚合反应可采用本领域常规方法同时进行。

步骤①中，所述芳香族化合物与所述交联剂的质量比可根据本领域常规方法进行选择，较佳地为10∶7～10∶3。

步骤①中，所述交联和聚合反应的温度可根据本领域常规反应方法进行选择，较佳地为100～180℃。所述交联和聚合反应的反应时间为检测反应物消耗完为止，较佳地为2～4小时。

步骤②中，所述不融化处理的条件和方法可为本领域常规的条件和方法。所述不融化处理的温度较佳地为300～600℃。所述不融化处理的时间较佳地为1～24小时。按本领域常识，所述不融化处理的气氛为惰性气氛。

步骤②中，所述粉碎的条件和方法可为本领域常规的条件和方法。所述粉碎的优选条件如下：以800～1000转/分钟的转速进行。所述分级的条件和方法可为本领域常规的条件和方法。所述的分级较佳地为筛分，更佳地为过60目筛网取筛下物。

步骤②中，所述预炭化处理的条件和方法可为本领域常规的条件和方法。所述预炭化处理的温度较佳地为500～750℃。所述预炭化处理的时间较佳地为8～24小时。所述预炭化处理的设备较佳地为井式炭化炉。按本领域常识，所述预炭化处理的气氛为惰性气氛。

步骤③中，所述粉碎的条件和方法可为本领域常规的条件和方法。所述粉碎的优选条件如下：以2000～8000转/分钟的转速进行。所述分级的条件和方法可为本领域常规的条件和方法。所述的分级较佳地为筛分，更佳地为过60目筛网取筛下物。

步骤③中，所述炭化处理的条件和方法可为本领域常规的条件和方法。所述炭化处理的温度较佳地为1000～1500℃。所述炭化处理的时间较佳地为12～24小时。所述炭化处理的设备较佳地为推板窑高温炭化炉。按本领域常识，所述炭化处理的气氛为惰性气氛。