[发明专利]一种硬碳材料的快速制备方法

说明书

本发明公开了一种硬碳材料的快速制备方法，包括：S1、将天然成分的原材料预碳化，粉碎；S2、粉碎后的颗粒进行载入流化床反应器经过高温加热区，进行碳化，制得硬碳；本发明使用天然成分的原材料，原材料环保而且来源丰富，降低成本；原材料粉碎后在流化床反应器内快速进入高温加热区，即在短时间内将材料温度快速升温，将原材料碳化，生成硬碳材料，在此过程中，进入高温反应区的时间即为升温时间，升温时间可控，使得碳化反应可控，因此硬碳材料的结构更加均匀，性能更加稳定。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体为一种硬碳材料的快速制备方法。

背景技术

硬碳材料作为锂电池负极材料的主要材料，具备循环寿命长，功率性能好，锂离子嵌入膨胀率低等优势，硬碳制备过程中需要将含碳原材料在高温下处理，并产生焦油和有机气体废弃物，在硬碳处理过程中，加热过程经过较长的升温阶段，在不同的升温阶段引起不同的碳化反应，材料的碳化过程复杂，所形成硬碳材料结构复杂，性能均一性受限制，硬碳材料在性能中的局限导致限制了其在锂电池材料中的使用，导致硬碳材料的应用范围远低于石墨类负极材料。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种硬碳材料的快速制备方法，本发明使用天然成分的原材料，原材料环保而且来源丰富，降低成本；原材料粉碎后在流化床反应器内快速进入高温加热区，即在短时间内将材料温度快速升温，将原材料碳化，生成硬碳材料，在此过程中，进入高温反应区的时间即为升温时间，升温时间可控，使得碳化反应可控，因此硬碳材料的结构更加均匀，性能更加稳定。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种硬碳材料的快速制备方法，包括：

S1、将天然成分的原材料预碳化，粉碎；

S2、粉碎后的颗粒进行载入流化床反应器经过高温加热区，进行碳化，制得硬碳。

优选的，在S1步骤中，原材料为椰壳；优选的，椰壳在惰性气体中升温加热进行预碳化，制得椰壳炭；优选的，椰壳炭粉碎处理后的物料粒径D50为5-50μm，较小的粒径可以保证碳烧过程中材料更均匀的烧结，以及包覆工艺的均一化和精细化。

优选的，在S2步骤中，流化床反应器中通过惰性气体将椰壳碳颗粒转化为流化态；优选的，惰性气体为氮气、氩气或氦气。

优选的，在S2步骤中，高温加热区的碳化温度为1150-1700℃；优选的，高温加热区的碳化温度为1450-1550℃；颗粒在烧结过程中，挥发性物质形成气体分子逸出，在硬碳结构中生成孔隙。

优选的，在S2步骤中，高温加热区的碳化时间为0.5-3h。

所述硬碳的平均粒径为10-50um，粒径较小，粒子间距离短，微孔结构精细且致密，拥有较大的空隙容积，便于锂离子的进入，进而具有容量高的特点，制得电池的循环、功率及倍率性能好；振实密度为0.7-1.5g/cm3,比表面积为2.8-6.2m2/g。

所述的硬碳负极材料首次库伦效率在75％以上，首次放电容量高于310mAh/g，500次循环寿命不低于75％。与现有技术相比，采用了上述技术方案的硬碳材料的快速制备方法，具有如下有益效果：

一、采用本发明的硬碳材料的快速制备方法，使用天然成分的原材料，原材料环保而且来源丰富，降低成本；

二、原材料粉碎后在流化床反应器内快速进入高温加热区，即在短时间内将材料温度快速升温，将原材料碳化，生成硬碳材料，在此过程中，进入高温反应区的时间即为升温时间，升温时间可控，使得碳化反应可控，因此硬碳材料的结构更加均匀，性能更加稳定。

三、工艺步骤可控，生产过程连续可降低能耗，具有较好应用潜力。

附图说明

图1为流化床反应器的结构示意图。