(10)申请公布号
(43)申请公布日 (21)申请号 201510772303.X
(22)申请日 2015.11.12
H01M 4/04(2006.01)
H01M 4/1393(2010.01)
H01M 10/052(2010.01)
(71)申请人江苏舜天高新炭材有限公司
地址224200 江苏省盐城市东台市廉贻镇东
里村八组
(72)发明人王宏章 徐世海 张小翼
(74)专利代理机构苏州市方略专利代理事务所
(普通合伙) 32267
代理人
马广旭
(54)发明名称
(57)摘要
本发明的一种高容量高倍率锂电池负极材料
的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：将针状
焦与粘结剂在高速搅拌机中搅拌均；将搅拌后的
压块；将初压块在氮气氛保护下加热烧制，冷却
后将半成品块进行破碎和整形，得到碳粉；将碳
倍率，高容量，高压实的石墨粉。利用本发明制得
的石墨负极材料具有高容量、高倍率、循环性能好
的特点。(51)Int.Cl.
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书4页 附图3页CN 105355841 A 2016.02.24
C N 105355841
A
1.一种高容量高倍率锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
（1）将针状焦与粘结剂在高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌速度为500-1000r/min，搅拌时间为20-30min；
（2）将搅拌后的混合物在等静压机100-200MPa的压力下进行压制，得到初压块；
（3）将初压块在氮气氛保护下加热500-1000℃，烧制10-20小时，烧制完成后自然冷却至室温，然后将半成品块进行破碎和整形，得到碳粉；
（4）将碳粉高温石墨化，石墨化温度为2500-3000℃，自然冷却，然后进行除铁筛分，得到高倍率，高容量，高压实的石墨粉。
2.根据权利要求1所述的一种高容量高倍率锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中选用针状焦的D50为4-6μm。
3.根据权利要求1所述的一种高容量高倍率锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的粘结剂为沥青或焦油或树脂中的任一种或任一组合。
4.根据权利要求1所述的一种高容量高倍率锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中针状焦与粘结剂的质量百分比为7:3~4:1。
5.根据权利要求3所述的一种高容量高倍率锂电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂在高速搅拌前需高温软化。
6.一种高容量高倍率锂电池负极材料，其特征在于，采用权利要求1-5所述的方法制备得到。
7.根据权利要求6所述的一种高容量高倍率锂电池负极材料，其特征在于，所述电池负极材料的D50为9.5-18μm，振实密度为1.0-1.2g/cm3，比表面积为0.9-3m2/g，灰分为0.05-0.1%，水分为0.1-0.2%。
高容量高倍率锂电池负极材料及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电池材料及其制备方法，尤其是一种高容量高倍率锂电池负极材料及其制备方法。
背景技术
[0002] 蓄电池是世界上广泛使用的一种化学“电源”，目前蓄电池主要有镍镉电池、镍金属氢化物电池、镍锌电池、铅酸电池、锂电池等。其中，锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。其最早于1912年由Gilbert N.Lewis提出并研究。随着社会的不断发展、进步，人类生活质量的提高，数码产品得到了普及，锂电池作为数码产品和高端仪器产品中重要的电能供能源也逐步被人们所重视广泛。
[0003] 与其他几类蓄电池相比，锂电池的优点在于：
[0004] (1)高能量密度，锂电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的40-50％，镍氢的20-30％；
[0005] (2)高电压，一个锂电池单体的工作电压为3.7V(平均值)，相当于三个串联的镍镉或镍氢电池；
[0006] (3)无污染，不论生产、使用和报废，锂电池不含有且不产生诸如镉、铅、汞之类的有害金属元素和物质；
[0007] (4)循环寿命高，在正常条件下，锂电池的使用寿命可达到6年以上，锂电池的充放电周期可超过500次；
[0008] (5)无记忆效应，记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中，电池的容量减少的现象，而锂电池
不存在这种效应；
[0009] (6)快速充电，使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器可以使锂电池在一至两个小时内得到满充。
[0010] 锂电池负极材料对锂电池性能的提高起着至关重要的作用。目前，锂电池负极材料大体分为以下几种：第一种是碳负极材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等；第二种是锡基负极材料；第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料；第四种是合金类负极材料；第五种是纳米级负极材料；第六种是纳米氧化物材料。其中，石墨是最早用于锂电池的碳负极材料，其导电性好，结晶度高，具有完整的层状晶体结构，很适合锂离子的嵌入与脱出，因此，石墨材料是现有技术中采用最多的锂电池负极材料。将石墨应用于锂电池负极材料，要求石墨负极材料做成极片后，压实高，吸液性好，且组装成的电池容量高，倍率好。
[0011] 为解决此类问题，中国专利201410855276.8，公开了一种锂离子电池改性软碳负极材料及其制备方法。本发明在软碳粉末颗粒内部掺杂石墨烯粉末颗粒，同时，石墨烯粉末颗粒分散负载于所述软碳粉末颗粒表层的纳米包覆材料涂层中形成纳米导电碳层。其制备方法是：将软碳原料与石墨烯材料进行混合研磨至0.3μm-4μm后进行预烧，将预烧后的材料在溶剂中导电剂、粘结剂进行高速混合，将混合后的软碳材料真空干燥后在保护气氛
下进行热处理得到改性软碳负极材料。利用该方法制备改性软碳负极材料可逆比容量大于360mAh/g、
效率大于85％，且具有优良的快速嵌、脱锂能力，倍率性能和循环性能有较大改善。但是，本发明中粘结剂的含量较高，粘结过程复杂，一定程度上限制了循环性能更大的改善。
发明内容
[0012] 为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种高容量高倍率锂电池负极材料，所述石墨负极材料在等静压设备内经超高压力进行压制，所需粘结剂量低，具有高的倍率与容量。
[0013] 为达到上述目的，本发明的技术方案是：
[0014] 一种高容量高倍率锂电池负极材料的制备方法，包括下述步骤：
[0015] (1)将针状焦与粘结剂在高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌速度为500-1000r/min，搅拌时间为20-30min；
[0016] (2)将搅拌后的混合物在等静压机100-200MPa的压力下进行压制，得到初压块；[0017] (3)将初压块在氮气氛保护下加热500-1000℃，烧制10-20小时，烧制完成后自然冷却至室温，然后将半成品块进行破碎和整形，得到碳粉；
[0018] (4)将碳粉高温石墨化，石墨化温度为2500-3000℃，自然冷却，然后进行除铁筛分，得到高倍率，高容量，高压实的石墨粉。
[0019] 另，所述步骤(1)中选用针状焦的D50为4-6μm。
[0020] 再有，所述步骤(1)中的粘结剂为沥青或焦油或树脂中的任一种或任一组合。[0021] 且，所述步骤(1)中针状焦与粘结剂的的质量百分比为7:3～4:1。
[0022] 同时，所述粘结剂在高速搅拌前需高温软化。
[0023] 进一步，一种高容量高倍率锂电池负极材料，采用上述的方法制备得到。[0024] 另有，所述锂电池负极材料的D50为9.5-18μm，振实密度为1.0-1.2g/cm3，比表面积为0.9-3m2/g，灰分为0.05-0.1％，水分为0.1-0.2％。
[0025] 本发明的有益效果在于：
[0026] (1)本发明的制备过程步骤(1)中，针状焦与粘结剂的配比为：70:30～80:20(wt％)，在粘结剂的含量低的条件下进行造粒，使得最终得到的石墨负极材料具有优良的电池循环性能；
[0027] (2)由于粘结剂的含量低，可以得到由许多小粒径碳材料组成的大颗粒的碳粉，这种碳粉在碳化和石墨化的过程中，粘结剂的收缩约75％，针状焦的收缩约45％，有效的良好的收缩使得石墨分子间形成空隙，这种结构可有一定空间弹性，制得的极片高压实，同时吸液性好；
[0028] (3)步骤(2)中混合物经过等静压机100-200MPa的超高压力压制，可以得到各向同性的碳材料，大大提高了最终得到锂电池负极材料的倍率性能；
[0029] (4)本发明的高容量高倍率锂电池负极材料的制备方法克服了现有技术中在常压下生产石墨负极材料的需要设备多、产量低、能耗大的缺点，具有较好的工业应用前景。
附图说明
[0030] 图1为本发明实施例1制备得到的高容量高倍率锂电池负极材料的SEM图。[0031] 图2为本发明实施例1制备得到的高容量高倍率锂电池负极材料的反弹曲线图。[0032] 图3为本发明实施例1制备得到的高容量高倍率锂电池负极材料的吸液曲线图。[0033] 图4为本发明实施例1制备得到的高容量高倍率锂电池负极材料的压实曲线图。[0034] 图5为本发明实施例1制备得到高容量高倍率锂电池负极材料制作的锂电池的首次充放电曲线图。
具体实施方式
[0035] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例进一步详细说明。
[0036] 实施例1
[0037] 选用D50为5μm的针状焦，D50采用LS-POP-6欧美克激光粒度仪测得，沥青高温软化，将700g针状焦与300g沥青在高速搅拌机中混合搅拌均匀，搅拌速度为800r/min，搅拌时间为20min，将搅拌后的混合物在等静压机200MPa的压力下进行压制，得到的初压块在氮气氛保护下800℃烧制15小时，烧制完成后自然冷却至室温，然后将半成品块进行破碎和整形，得到D50为16.51μm的碳粉，接着将碳粉在3000℃下高温石墨化，自然冷却后进行除铁筛分，得到高倍率，高容量，高压实的石墨粉，所得石墨粉无杂质，振实密度为1.149g/cm3，比表面积为1.115m2/g，灰分为0.05％，水分为0.15％，一次压实密度为1.69g/ cm2，二次压实密度为1.93g/cm2。
[0038] 图1为实施例1制备得到的锂电池负极材料的SEM图；为了检验利用实施例1制备得到的锂电池负极材料的反弹率，进行烘烤反弹测试，以辊压完毕后放置30min所测试的厚度为基准，测试材料在95℃加热6h的反弹率，图2为测试得到的反弹曲线；图3为实施例1制备得到的锂电池负极材料的吸液曲线，可以看出随着压实密度的增大，实施例1制备得到的锂电池负极材料的吸液时间也逐渐增加，该材料具有较好的吸液性能；进一步检测了实施例1制备得到的锂电池负极材料的压实性能，图4为实施例1材料的压实曲线；图5是实施例1得到的负极材料制作的锂电池的首次充放电曲线图，具体测试数据见表1。[0039] 实施例2
[0040] 选用D50为4μm的针状焦，D50采用LS-POP-6欧美克激光粒度仪测得，焦油高温软化，将750g针状焦与250g焦油在高速搅拌机中混合搅拌均匀，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为30min，将搅拌后
的混合物在等静压机200MPa的压力下进行压制，得到的初压块在氮气氛保护下1000℃烧制10小时，烧制完成后自然冷却至室温，然后将半成品块进行破碎和整形，得到D50为17.23μm的碳粉，接着将碳粉在2500℃下高温石墨化，自然冷却后进行除铁筛分，得到高倍率，高容量，高压实的石墨粉，所得石墨粉无杂质，振实密度为1.053g/cm3，比表面积为1.162m2/g，灰分为0.09％，水分为0.19％，一次压实密度为1.71g/ cm2，二次压实密度为1.99g/cm2。
[0041] 对实施例2得到的负极材料制作的锂电池的首次充放电进行测试，具体测试数据见表1。
[0042] 实施例3
[0043] 选用D50为6μm的针状焦，D50采用LS-POP-6欧美克激光粒度仪测得，树脂高温
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议