[发明专利]一种非石墨化电极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及电极材料技术领域，提供了一种非石墨化电极材料及其制备方法和应用。本发明提供的制备方法以合成树脂或生物质材料为原料，通过预碳化和碳化得到碳化料，然后通过氢氧化钠溶液碱煮处理和盐酸溶液酸煮处理去除碳化料中的灰分，最后通过煅烧得到本发明的非石墨化电极材料。本发明提供的制备方法涉及的工序步骤简单，易操作，可实现批量化的工业化生产，且原料来源十分广泛，生产成本大幅降低，为下游端的规模化应用提供了极大的价格优势。本发明制备的非石墨化电极材料具有高纯度、高性能、高密度、使用寿命长、耐低温、充放电效率高等电化学特性优点，能够作为正负极材料应用于各种储能元件中。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种非石墨化电极材料及其制备方法和应用。

背景技术

储能技术对于依靠电力作为动力来源的交通工具以及各种可循环使用的储能元件(包括燃料电池、锂离子电池、超级电容器等)是至关重要的。在各种储能元件中，锂离子电池具有高能量密度、长使用寿命、无记忆效应和灵活设计的特点，被认为最具前景的一种储能元件，能够满足日益增长的需要。

目前，商业化的锂离子电池多数以石墨为负极材料，但是，由于能量容量和安全可操作的限制，目前使用石墨的锂离子电池已不能满足更为苛刻的使用要求。主要原因如下：石墨电极材料的比电容量已经达到极限，不能满足大型动力电池所要求的持续大电流放电的能力。同时，传统的石墨电极材料存在的一些缺陷严重限制了其应用：首先，石墨负极的理论容量仅为372mAhμg^-1，远远达不到高性能锂离子电池的要求；其次，分层结构稳定性差，在长电荷放电周期后容易坍塌，导致特定容量严重降低，储能寿命大减；第三，电解质分解在第一次放电时会产生较大的不可逆容量。这些缺陷在很大程度上限制了石墨阳极材料在高性能锂离子电池中的应用。因此行业内也开始把研究重点转向了非石墨类材料。

目前的非石墨类材料主要为硬炭，没有明显的面衍射峰，均为无定形结构，由石墨微晶和无定形区组成，无定形区中存在大量的微孔结构，微孔可作为可逆贮锂的仓库。非石墨化碳材料具有比容量高、首次不可逆容量大、倍率性能好等特性，同时具有优异的循环性能以及低温特性。但是目前的非石墨化碳材料制备方法复杂，通常需要超高温(大于2000℃)进行制备，对设备要求极高，无法批量化生生，且生产工序复杂，生产周期长，质量不稳定，生产成本高，严重制约了下游段的规模化使用，并且目前的非石墨化材料通常纯度不足，造成耐久性差、充放电效率不高的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种非石墨化电极材料及其制备方法和应用。本发明采用合成树脂和廉价的生物质材料为原料制备非石墨化电极材料，制备方法原料来源广泛，步骤简单，成本低，产品质量稳定，容易实现批量化工业生产，并且所得非石墨化电极材料具有高纯度、高性能、使用寿命长、耐低温、充放电效率高等电化学优点。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种非石墨化电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将原料进行预碳化，得到预碳化料；所述原料为合成树脂或生物质材料；

(2)将所述预碳化料进行碳化，得到碳化料；

(3)将所述碳化料和氢氧化钠溶液混合进行碱煮处理，得到碱法纯化后的碳化料；

(4)将碱法纯化后的碳化料和盐酸溶液混合进行酸煮处理，并将酸法纯化后的碳化料经漂洗后干燥，得到干燥料；

(5)将所述干燥料粉碎后进行煅烧，得到非石墨化电极材料。

优选的，所述合成树脂为热固性树脂；所述生物质材料包括椰壳、棕榈壳、毛竹、橄榄壳和核桃壳的一种或几种。

优选的，所述热固性树脂包括酚醛树脂、脲醛树脂、呋喃树脂和聚丙烯腈的一种或几种。