[发明专利]一种锂离子动力与储能电池用软碳负极材料、制备方法及其用途

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，特别是一种锂离子动力与储能电池用软碳负极材料、制备方法及其用途。

背景技术

随着科技发展和生活水平提高，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，研究能量密度高、充放电快、循环寿命长和成本低的新型锂离子电池电极材料已经成为国际重要的前沿领域。负极材料是影响锂离子电池性能的重要因素之一，现有技术中一般采用石墨或改性石墨。然而，其理论嵌锂容量372mAh/g已不能满足需求，而且特有的层状结构导致有限次的循环稳定性，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。

由于软碳及硬碳类负极材料具有特殊的结构，其容量高，循环性能、倍率性能和安全性能优异，因此受到广泛关注。但目前制备的软碳负极材料容量只有240mAh/g，首次效率仅为80％。

CN103050699A公开了一种锂离子电池软碳负极材料及其制备方法，制备方法包括：将催化剂与沥青混合后进行碳化热缩聚反应，得到中间相小球前驱体；经抽提干燥，与含氮和/或含硼化合物混合，再经碳化处理，得到软碳负极材料，其容量为400mAh/g以上，但首次库伦效率较低，为84％以下。用此制备方法制备的锂离子电池软碳负极材料杂质高，自放电大；与含氮和/或含硼化合物混合步骤，掺杂杂原子硼和氮，导致电压平台形成，能量密度低。

发明内容

针对已有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种能够提高软碳负极材料的产品纯度和首次库伦效率，改善循环性能、降低自放电率以及提高能量密度的的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种锂离子动力与储能电池用软碳负极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将中间相碳微球前驱体与浓度为1～25％的纯化试剂混合，使中间相碳微球前驱体中的杂质与纯化试剂反应，然后纯水洗涤至中性，干燥，得到软碳类碳微球前驱体；

(2)将软碳类碳微球前驱体与含锂化合物或/和活化剂混合，然后在420～1700℃温度下热解处理，最后纯水洗涤，干燥，得到锂离子动力与储能电池用软碳负极材料。

本发明的锂离子动力与储能电池用软碳负极材料，通过采用低浓度纯化试剂与中间相碳微球前驱体进行搅拌混合，使之与杂质发生反应，生成溶于水的物质，再利用纯水进行洗涤，杂质含量降低，产品纯度提高，碳含量大于99.3％，自放电率明显降低。采用低温碳化处理，并通过含锂化合物和/或活化试剂对材料进行活化的表面改性，使材料表面形成致密类似于SEI成份的膜，其有助于电池充放电过程中减少SEI膜形成过程中消耗Lⁱ⁺，从而提高首次库伦效率，改善循环性能；其次，提高孔隙率，增加嵌脱锂活性位点，提升材料容量，从而提高整个电池的能量密度。

所述纯化试剂的浓度为1～25％，例如3％、5％、7％、9％、11％、13％、15％、17％、19％、21％或23％。

优选地，所述纯化试剂为双氧水、过氧乙酸、硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸或高氯酸中的任意一种或者至少两种的组合。

优选地，所述中间相碳微球前驱体与纯化试剂的质量比为10:90～90:10，例如10:80、10:60、10:40、10:20、10:10、20:10、30:10、40:10、50:10、60:10、70:10或80:10。

优选地，将中间相碳微球前驱体与浓度为1～25％的纯化试剂混合，升温至60～160℃(例如为70℃、80℃、90℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃)，搅拌0.5～36小时(例如为1小时、4小时、7小时、10小时、13小时、16小时、20小时、24小时、28小时或32小时)，使中间相碳微球前驱体中的杂质与纯化试剂反应。

优选地，以0.5～30℃/min的速率升温至60～160℃，所述升温速率例如为1℃/min、4℃/min、8℃/min、12℃/min、16℃/min、20℃/min、24℃/min或28℃/min。

优选地，所述搅拌速率为60～360r/min，例如80r/min、120r/min、160r/min、200r/min、240r/min、280r/min或320r/min。

优选地，步骤(1)所述干燥的温度为80～160℃，干燥时间为8～24小时。

所述干燥温度例如为90℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃。

所述干燥时间例如10小时、12小时、14小时、16小时、18小时、20小时或22小时。