[发明专利]一种酚醛树脂/煤沥青复合基改性硬碳负极材料、其制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及电化学领域，特别涉及一种酚醛树脂/煤沥青复合基改性硬碳负极材料、其制备方法及其应用。

背景技术

石墨类碳负极材料具有电极电位低、循环寿命长、安全性好且价格低廉等优点，成为目前商业化锂离子电池的主要负极材料。

但石墨类负极材料由于其层状结构，与电解液的相容性较差，在充放电的过程中易发生溶剂离子共嵌入而引起结构破坏，从而影响石墨负极材料的循环稳定性和库仑效率，尤其是降低了石墨负极材料的倍率性能，不能满足大型动力电池所要求的持续大电流放电能力等。

与石墨相比，硬碳(HC)具有各向同性的结构特征，层间距较大，可加快锂离子扩散，同时，硬碳材料循环性能和倍率性能较好、成本低等特点，使其在动力型锂离子电池方面再次受到人们的关注。

科研人员正在研发新的锂电池负极材料。公开号为“CN102820455”的发明专利公开了一种锂离子电池硬碳负极材料及其制备方法。该发明中，所述硬碳负极材料中掺杂了硅和磷，硅前驱体：磷前驱体：硬碳前驱体的质量比为1:0.1-5:5-30。该负极材料显著提高了负极材料的首次放电容量（达到550.8mAh/g）、首次充放电效率（达到80.9%）和首次库伦效率，并显著见笑了不可逆容量。

开发新型硬碳负极材料以进一步提升电池性能是本领域急需解决的问题。

发明内容

为了弥补以上不足，本发明提供了一种酚醛树脂/煤沥青复合基改性硬碳负极材料、其制备方法及其应用。

本发明的技术方案为：

一种酚醛树脂/煤沥青复合基改性硬碳负极材料，硬碳前驱体为酚醛树脂和煤沥青，酚醛树脂与煤沥青的质量比为2:1-4；所述改性为磷酸对酚醛树脂进行改性，磷酸与酚醛树脂的质量比为1-5:10；所述硬碳负极材料的粒径范围为10-50微米。

作为优选方案，磷酸与酚醛树脂的质量比为2-3:10。

所述酚醛树脂/煤沥青复合基改性硬碳负极材料的制备方法，包括步骤：

1）将酚醛树脂溶于无水乙醇，加入磷酸，搅拌至酚醛树脂完全溶解；

2）取煤沥青，并向煤沥青中加入洗油，在150-180℃下使煤沥青完全溶解，然后加入步骤1）所得溶液，搅拌至成为絮状物时倒入自封袋中，放入60-80℃的烘箱中预固化5-15h；

3）将预固化所得样品放入管式炉中，在氩气气氛下以0.5-10℃/min的升温速率，在800-1500°下进行炭化1-10h，炭化后的样品在球磨机中以300-800r/min球磨5-10h，然后过200-600目筛，得酚醛树脂/煤沥青复合基改性硬碳负极材料。

作为优选方案，所述酚醛树脂/煤沥青复合基改性硬碳负极材料的制备方法，炭化温度为900-1200℃，炭化时间为3-5h。

作为优选方案，所述酚醛树脂/煤沥青复合基改性硬碳负极材料的制备方法，炭化后的样品在球磨机中以500-600r/min球磨6-7h。

所述酚醛树脂/煤沥青复合基改性硬碳负极材料在锂电池负极材料中的应用。

所述酚醛树脂/煤沥青复合基改性硬碳负极材料作为锂电池负极的应用方法，包括步骤：

1）准备若干铜箔，将铜箔置于稀盐酸溶液中超声清洗3-5min，然后将铜箔置于丙酮溶液中超声清洗3-5min；从丙酮溶液中取出铜箔，分别用去离子水和酒精清洗，干燥称重；

2）以N-甲基吡咯烷酮为溶剂配置80-200mg/mL的聚偏二氟乙烯溶液，将酚醛树脂/煤沥青复合基改性硬碳负极材料、碳黑、聚偏二氟乙烯按质量比为90-95:1-3:2-8混合，研磨使其混合均匀，制备电极浆料；

3）将制备的电极浆料均匀涂布在处理过的铜箔上，在100-120℃下真空干燥，制得电极片；

4）用处理过的铜箔将步骤3）所制备的电极片上下包住，放于平整、刚性、干净的模具中，在8-12Mpa的压力下压制成型，然后在充氩气的手套箱中组装扣式半电池。

作为优选方案，7所述酚醛树脂/煤沥青复合基改性硬碳负极材料作为锂电池负极的应用方法，步骤1）中铜箔的直径为8mm，厚度为10-20微米。

本发明的有益效果为：

本发明酚醛树脂/煤沥青复合基改性硬碳负极材料的制备方法简单，条件温和可控。制备的酚醛树脂/煤沥青复合基改性硬碳负极材料，电化学性能良好，0.5C倍率下首次库伦效率为80.55%，在2C倍率下经过300次循环后，容量保持在221mAh/g左右。