[发明专利]锂离子电池负极用沥青硬炭材料制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及锂离子电池负极用沥青硬炭材料制备方法，属于锂离子电池负极材料技术。

背景技术

随着便携式电子设备的迅猛发展，锂离子二次电池的应用越来越广泛。锂离子二次电池以其具有较轻的质量和较高的能量密度，近些年来逐渐应用在了混合电动车（HEV）以及纯电动车（EV）领域。

传统的商业化锂离子电池负极石墨材料，其容量密度和功率特性等方面的不足，限制了其在电动车领域的应用。而硬炭材料由于具有较小的类石墨微晶尺寸和较大的层间距，以及较为合理的孔道结构。因此，与石墨相比，硬炭材料更适合大电流下充放电过程，因而有望在电动车上应用。

目前，锂离子电池用硬炭负极材料的原料主要有树脂类原料，生物质原料以及矿物石化原料等。由于前驱体结构性质和制备方法的不同，所制备硬炭材料的微观结构和电化学性能差异很大。专利CN102479943以酚醛树脂，环氧树脂，沥青等为原料，通过加入交联剂交联后，加热固化，再通过预炭化以及炭化过程制备硬炭负极材料，首次可逆容量为280mAh/g，具有良好的循环性能。Wang Q等在“Novel spherical microporous carbon as anode material for Li-ion batteries”中报道了，以蔗糖为原料通过水热法制备出了硬炭微球。这种锂离子电池负极材料可逆放电容量高达430mAh/g。专利CN102683661以淀粉为原料，经过加入酸或者盐进行催化稳定化后，加热炭化后洗去催化剂离子，制备出电化学性能优异的淀粉基硬炭微球。然而，上述专利及文献报道的制备方法中，有的需要加入交联剂，并涉及到物料混匀以及预炭化过程，过程工艺繁琐；有的采用水热法，高温高压的条件，对设备要求高，安全性能差；有的需要加入催化剂，产品需要洗涤和干燥等，成本较高。此外，由生物质材料制备的锂离子电池负极材料，由于原料来源以及成本等因素的限制，不利于规模化生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极用沥青硬炭材料制备方法，该方法制备过程简单，原料来源丰富，所制得的沥青硬炭材料用作锂离子电池负极时具有比容量高，循环性能好和倍率充放电性能好等优点。

本发明是通过下述技术方案实现的，一种锂离子电池负极用沥青硬炭材料制备方法，所述的硬炭材料的平均颗粒粒径为5-10μm，其比表面积为100-300m²/g，类石墨微晶层间距为0.360-0.380nm，其特征在于包括以下过程：

1）以软化点为200-280℃煤焦油沥青或石油沥青为原料，将其粉碎至颗粒粒径在

30μm以下，粉体加入管式炉中，以0.5L/min气速通入空气，以0.5-5℃/min的升温速率将管式炉升温至250-350℃，恒温固化1-5h，然后自然冷却至室温，得到固化后的沥青粉末；

2）将固化后的沥青粉末在炭化炉中，以0.2L/min气速通入氮气，以1-5℃/min升温

速率升温至700-1300℃炭化处理1-3h，自然冷却至室温，得到沥青硬炭材料。

本发明具有如下优点：本发明所提供的制备方法简单易行，采用空气氧化和炭化工艺，不需要其他添加剂，制备过程绿色环保，生产成本较低；所采用的原料价格低廉，来源丰富，易于实现规模化工业生产；本发明制备的沥青硬炭材料粒径分布合理，比表面积较小，作为锂离子电池负极材料具有较高的可逆容量，较好的大电流性能和优良的循环性能。

附图说明

图1是本发明实施例2制备的沥青硬炭材料的扫描电镜照片。

图2是本发明实施例2制备的沥青硬炭材料的透射电镜照片。

图3是本发明实施例2制备的沥青硬炭材料的X射线衍射图谱。

图4是以本发明实施例2制备的沥青硬炭材料制成锂离子电池负极材料的恒流充放电性能曲线图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1