[发明专利]一种二次颗粒硬碳复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种二次颗粒硬碳复合材料及其制备方法和应用，属于锂离子电池材料技术领域。本发明提供了一种二次颗粒硬碳复合材料，包括无定性碳和一次颗粒，所述无定性碳将一次颗粒粘接形成二次颗粒，所述一次颗粒包括硼化合物和硬碳。本发明中，在二次颗粒硬碳复合材料中掺杂硼化合物，能够提升材料的电子导电率进而提升材料的动力学性能，使得二次颗粒硬碳复合材料的首次效率提高。实施例的数据表明，本发明提供的二次颗粒硬碳复合材料的首次效率为87.5～88.7％。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料技术领域，尤其涉及一种二次颗粒硬碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

硬碳材料以其材料来源广泛、快充、低温性能好等优点，而应用于48V启停、HEV(混合动力汽车)及超低温电池，但是目前的硬碳材料为单颗粒材料，存在首次效率低、比容量偏低及其高温性能差等缺陷，虽然可以通过材料掺杂、材料造孔改性提升硬碳材料的比容量，但是对材料的提升幅度有限，同时掺杂后，材料的比容量可能得到提升，但是阻抗增加、电压平台升高，不利于材料快充及其能量密度的发挥。

现有技术中，如中国专利CN105355867A公开了一种高性能锂离子动力电池用硬碳负极材料、其制备方法及其应用，硬碳负极材料中掺杂了磷，磷前驱体与硬碳前驱体的质量比为8～11:6，所述硬碳前驱体为酚醛树脂，所述磷前驱体为磷酸，制得的硬碳复合材料在倍率循环条件下具有好的循环性能，但是首次效率仅仅为75％，严重影响电池的能量密度发挥。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种二次颗粒硬碳复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的二次颗粒硬碳复合材料首次效率高。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种二次颗粒硬碳复合材料，包括一次颗粒和粘结所述一次颗粒的无定性碳，所述一次颗粒包括硼化合物和硬碳。

优选地，所述硼化合物为氧化硼或硼酸钠。

优选地，所述一次颗粒中硼化合物的质量百分含量为1～5％，所述一次颗粒中硬碳的质量百分含量为90～95％。

优选地，所述无定形碳占一次颗粒的质量百分含量为1～5％。

本发明还提供了上述技术方案所述的二次颗粒硬碳复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将稻谷壳在无机酸溶液中浸泡，得到酸洗产物；

将所述酸洗产物进行微波加热处理后，用无机碱性溶液浸泡，得到硬碳前驱体；

将所述硬碳前驱体、含硼无机物和溶剂混合进行溶剂热反应，得到复合材料前驱体；

将所述复合材料前驱体、粘结剂和添加剂混合进行粘合，得到粘合物；所述粘结剂包括高温沥青、中温沥青、酚醛树脂、糠醛树脂和环氧树脂中的一种或多种；所述添加剂包括均苯四甲酸二酐、偏苯三甲酸酐和邻苯二甲酸酐中的一种或多种；

将所述粘合物依次进行碳化造粒和球磨，得到所述二次颗粒硬碳复合材料。

优选地，所述微波加热处理的功率为0.1～1kW，时间为10～60min。

优选地，所述溶剂热反应的温度为50～100℃，时间为1～6h。

优选地，所述硬碳前驱体、含硼无机物与溶剂的质量比为100：(1～5)：(500～2000)。

优选地，所述复合材料前驱体、粘结剂和添加剂的质量比为100：(1～5)：(1～5)。

本发明还提供了上述技术方案所述的二次颗粒硬碳复合材料或上述技术方案所述的制备方法制得的二次颗粒硬碳复合材料作为锂离子电池负极材料的应用。