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
【技术领域】
[0001]本发明涉及电化学领域，特别涉及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。
【背景技术】
[0002]石墨负极材料比容量已经到达极限、不能满足大型动力电池所要求的持续大电流放电能力等。因此业界也开始把目光投向非石墨类材料，比如硬碳和其它非碳材料。硬炭负极材料具有明显高于石墨类负极材料的比容量、稳定的循环性能和优异的快速充放电性能等诸多优点，因此开发高倍率容量的硬炭材料成为该领域的研究热点。
[0003]科研人员正在研发新的锂电池负极材料。公开号为“CN 102820455”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，并显著减小了不可逆容量。
[0004]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】
[0005]为了弥补以上不足，本发明提供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。
[0006]本发明的技术方案为:
一种高性能锂离子动力电池用硬碳负极材料，所述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；所述硬碳负极材料的粒径范围为10-50微米。
[0007]作为优选方案，磷前驱体与硬碳前驱体的质量比为9-10:6。
[0008]所述高性能锂离子动力电池用硬碳负极材料的制备方法，包括步骤:将酚醛树脂溶于无水乙醇，滤除杂质，向滤液中加入磷酸，然后将滤液中的乙醇烘除，所得固体样品置于管式炉中，在氩气气氛下以0.5-10°C /min的升温速率，在800-1500°下进行炭化l_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，得硬碳负极材料。
[0009]作为优选方案，所述高性能锂离子动力电池用硬碳负极材料的制备方法，炭化温度为900-1200°C，炭化时间为3-5h。
[0010]作为优选方案，所述高性能锂离子动力电池用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。
[0011]所述高性能锂离子动力电池用硬碳负极材料在锂电池负极材料中的应用。
[0012]所述高性能锂离子动力电池用硬碳负极材料作为锂电池负极的应用方法，其特征在于，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 °C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。
[0013]作为优选方案，所述高性能锂离子动力电池用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。
[0014]本发明的有益效果为:
本发明硬碳负极材料的制备方法简单，条件温和可控。制备的硬碳负极材料，电化学性能良好。硬碳负极材料作为锂离子负极材料，倍率性能明显提高，在动力电池实际应用领域具有广泛的研究前景。
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016]图1为本发明实施例4所得硬碳负极材料的SEM图；
图2为对比例1、对比例2以及实施例4所得负极材料作为锂电池负极时电池的循环性能曲线图；
图3为本发明实施例4所得硬碳负极材料的倍率性能曲线。
【具体实施方式】
[0017]对比例1
称取30g酚醛树脂搅拌溶解于60 mL无水乙醇中，滤除杂质，在搅拌的条件下向滤液中加入30 g磷酸；在80° C烘箱中干燥。将干燥后的样品放入管式炉中，在氩气气氛下以8°C /min的升温速率，在1200°C下进行炭化5h，炭化后的样品在球磨机中以800r/min球磨5h，然后过600目筛，得到硬碳负极材料。
[0018]对比例2
称取30g酚醛树脂搅拌溶解于60 mL无水乙醇中，滤除杂质，在搅拌的条件下向滤液中加入10 g磷酸；在80° C烘箱中干燥。将干燥后的样品放入管式炉中，在氩气气氛下以8°C /min的升温速率，在1200°C下进行炭化5h，炭化后的样品在球磨机中以800r/min球磨5h，然后过600目筛，得到硬碳负极材料。
[0019]实施例1 称取30g酚醛树脂搅拌溶解于60 mL无水乙醇中，滤除杂质，在搅拌的条件下向滤液中加入40 g磷酸；在50° C烘箱中干燥。将干燥后的样品放入管式炉中，在氩气气氛下以2°C /min的升温速率，在800°C下进行炭化8h，炭化后的样品在球磨机中以300r/min球磨8h，然后过300目筛，得到硬碳负极材料。
[0020]实施例2
称取30g酚醛树脂搅拌溶解于60 mL无水乙醇中，滤除杂质，在搅拌的条件下向滤液中加入55 g磷酸；在80° C烘箱中干燥。将干燥后的样品放入管式炉中，在氩气气氛下以5°C /min的升温速率，在1000°C下进行炭化5