[发明专利]一种硬碳负极材料、锂离子电池及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤（1），碳源前驱体粉体与添加剂经交联反应，制得改性碳源前驱体；所述添加剂包括交联剂、改性剂和分散助剂；所述交联剂与所述碳源前驱体粉体的质量比为5-60:100；所述改性剂与所述碳源前驱体粉体的质量比为5-40:100；所述分散助剂与所述碳源前驱体粉体的质量比为0.5-5:100；

所述交联剂为双氧水、硝酸、硝酸铵、过硫酸铵、过甲酸、过氧化苯甲酰和过氧化环己酮中的一种或多种；

所述改性剂为含硼元素、磷元素和氮元素中的一种或多种的改性剂；

所述分散助剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚氧乙烯单硬脂酸酯、壬基酚聚氧乙烯醚、吐温20和吐温80中的一种或多种；

所述碳源前驱体粉体为原料碳源前驱体经粉碎分级处理制得；所述原料碳源前驱体为煤沥青、石油沥青和改性古马隆树脂中的一种或多种；

步骤（2），将所述改性碳源前驱体依次经热处理、降温、与富锂剂混合后，制得改性硬碳前驱体；所述富锂剂与所述碳源前驱体粉体的质量比为0.5-20:100；

所述富锂剂为醋酸锂、枸橼酸锂、氢氧化锂、硝酸锂和氯化锂中一种或多种；

步骤（3），将所述改性硬碳前驱体经真空碳化，即得硬碳负极材料。

2.如权利要求1所述的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述碳源前驱体粉体的中值粒径D₅₀为3-15μm；

和/或，步骤（1）中，所述碳源前驱体粉体的最大粒径D_max小于70μm；

和/或，步骤（1）中，所述交联剂为“双氧水和硝酸的混合物”和/或“双氧水和过甲酸的混合物”；

和/或，步骤（1）中，所述交联剂与所述碳源前驱体粉体的质量比为10-50:100；

和/或，步骤（1）中，所述改性剂为磷酸、五氧化二磷、磷酸二氢铵、磷酸氢二铵、尿素、氨水、三聚氰胺、硼酸、氧化硼和氮化硼中一种或多种；

和/或，步骤（1）中，所述改性剂与所述碳源前驱体粉体的质量比为20-38:100；

和/或，步骤（1）中，所述分散助剂与所述碳源前驱体粉体的质量比为2:100；

和/或，步骤（1）中，在所述交联反应之前，先将所述碳源前驱体粉体与所述添加剂混合均匀；

和/或，步骤（1）中，所述交联反应在惰性气氛的条件下进行；

和/或，步骤（1）中，所述交联反应的温度为100-180℃；和/或，步骤（1）中，所述交联反应的时间为4-18h。

3.如权利要求1所述的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述碳源前驱体粉体的中值粒径D₅₀为5μm；

和/或，步骤（1）中，所述交联剂为“质量分数为30%的双氧水和质量分数为20%的硝酸的混合物”或“质量分数为30%的双氧水和过甲酸的混合物”；

和/或，步骤（1）中，所述交联剂与所述碳源前驱体粉体的质量比为20:100、25:100、30:100或35:100；

和/或，步骤（1）中，所述改性剂为“硼酸和三聚氰胺的混合物”、“磷酸和尿素的混合物”和“磷酸和三聚氰胺的混合物”中的一种或多种；

和/或，步骤（1）中，所述改性剂与所述碳源前驱体粉体的质量比为25:100或30:100；

和/或，步骤（1）中，所述交联反应的温度为150-180℃；

和/或，步骤（1）中，所述交联反应的时间为4-8h。

4.如权利要求1所述的硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述改性剂为“质量分数为80%磷酸和尿素的混合物”或“质量分数为80%磷酸和三聚氰胺的混合物”。