一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法，将沥青投入反应釜，加入添加剂；在氮气保护下，加热后得到反应物A；反应物A冷却后，转入加热装置，经过炭化得中间产物B；中间产物B经过粉碎处理，得到炭粉C；炭粉C经石墨化处理，得到锂电池负极材料。本发明专利技术方法工艺简单，所获得的锂电池负极材料稳定性好，收率高，在锂离子电池等领域具有广阔的应用前景。

Method for preparing negative electrode material of lithium battery by mesophase pitch coke

The invention discloses a method for preparing mesophase pitch lithium battery anode material, the asphalt into a reaction kettle, adding additives; under the protection of nitrogen after heating reactant A; A reaction after cooling, into the heating device, through carbonization of intermediate B; intermediate B after crushing processing to obtain the carbon powder C; C graphitised carbon powder processing, get the anode materials for lithium ion batteries. The method and the process of the invention are simple, and the obtained lithium battery anode material has good stability and high yield, and has wide application prospect in the fields of lithium ion batteries.

【技术实现步骤摘要】
一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法
本专利技术涉及锂离子电池领域，具体是一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法。
技术介绍
近年来，锂离子电池以其高能量密度、高电压、无污染、长循环寿命、快速充放电等方面的优异性能和日趋降低的制作成本，使得锂离子电池在许多行业得到了大规模的应用。随新能源汽车、储能电池的快速发展，对锂离子二次电池的要求也逐渐提高，特别对大容量、快速充电、高效率等高性能化的要求日益迫切。锂离子电池的飞速发展主要是得益于电极材料的贡献，特别是炭负极材料的进步，而且今后在很长一段时间内，锂离子电池容量和大电流放电性能的提高仍将依赖于炭负极材料的发展和完善。因此，长期以来，提高锂离子电池负极材料的比容量、减少首次不可逆容量，改善循环稳定性，提高快速充放电性能一直是研究开发的重点。中间相炭微球是70年代发展起来的一种新型炭材料，由于其具有独特的分子层片平行堆砌结构，又兼微球形特点，成为锂离子二次电池的电极材料、高密度各向同性炭石墨块材料、高比表面微球活性炭及高效液相色谱的填充材料的首选原料。目前制备中间相碳微球的方法有热缩聚法、乳液法和县浮法三种，工业上常用热缩聚法，反应中加入添加剂后，影响其成球效果，由于最终产物的不同，副产物多，产品收率低。且经过洗涤、过滤等工序，消耗大量有机溶剂，对环境有破坏。本方法在于一步法得到整体中间相，通过炭化、催化石墨化等人造石墨负极材料制备工序，得到一种锂电池中间相沥青焦负极材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备收率高、成本低，而且工艺流程简单的中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法，其包括如下步骤：(a)将沥青投入反应釜，加入添加剂；在氮气保护下，加热后得到反应物A；(b)反应物A冷却后，转入加热装置，经过炭化得中间产物B；(c)中间产物B经过粉碎处理，得到炭粉C；(d)炭粉C经石墨化处理，得到锂电池负极材料。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤(a)中沥青为石油沥青和煤沥青中的一种或二者任意组合，添加剂为铁粉、铁的氧化物、硅粉、碳化硅粉及硅的氧化物中的一种或任意组合，反应温度为300-600℃，加热时间为3-12小时。作为本专利技术进一步的方案：步骤(a)中加热时间为6-10小时。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤(b)中炭化温度为900-1600℃，炭化时间为3-30小时。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤(c)中炭粉C的平均粒径为5-80μm。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤(c)中炭粉C的平均粒径为10-40μm。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤(d)中石墨化处理温度为2600-3000℃，石墨化处理时间为12-48小时。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术所提供的利用中间相沥青焦制备的锂电池负极材料可作为一种锂离子电池负极材料，在数码、电动汽车等领域都具有潜在的广泛应用。本专利技术具有以下特点：1.本专利技术的方法简化了生产步骤，因而具有简单经济、能耗低、操作方便和便于实现规模化生产的优点。2.本专利技术方法可实现添加剂均匀的分散，可以较大程度地提升材料的石墨化度。3.本专利技术方法中，简化了中间相提纯工艺，因而避免了有机溶剂萃取需要进行繁琐苛刻的预处理步骤。4.由于中间相类石墨负极比普通的石墨负极材料具有更好的安全性和倍率性能，因而在电动车行业有广泛的应用前景。附图说明图1表征实施例1中的锂离子电池负极材料的X射线衍射图(XRD)。图2为实施例1中的锂离子电池负极材料电镜图(SEM)。图3为实施例1中的锂离子电池负极材料充放电曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术以沥青为原料，采用中间相碳微球合成方法，通过控制反应温度与反应时间，大规模合成中间相沥青焦人造石墨负极材料。该方法在控制中间相沥青的聚合速度，实现与添加剂的均匀混合。经过石墨化处理后，最终得到可以作为锂离子电池负极材料的中间相沥青焦负极材料。实施例11)称取10kg的煤沥青，加入反应釜设备中，气氛保护下升温至350℃，搅拌加热3小时；2)继续称取0.3kg的碳化硅粉(平均粒径2-5微米)添加至反应釜中，气氛保护下升温至550℃，搅拌加热8小时；3)将步骤2)中的物料转移至炭化炉中，气氛保护，1100℃处理24小时；4)将步骤3)中的物料制粉处理，至平均粒度为15μm；5)将步骤4)中的物料进行石墨化处理，处理温度是2800℃，处理时间为40小时，保温结束后随炉冷却，最后得到锂离子电池负极材料。图1是实施例1的XRD图片，图谱可以反映出材料为石墨特征峰；图2是实施例1扫描电镜照片。图谱中可以明显看到制备的锂离子电池负极材料为不规则人造石墨。图3是实施例1的充放电曲线图。将得到的产品制成电极。电化学测试结果显示：本实施例所得产品的放电容量为346.6mAh/g，首次库仑效率为91.3％。实施例21)称取10kg的煤沥青，加入反应釜设备中，气氛保护下升温至350℃，搅拌加热3小时；2)继续称取0.3kg的二氧化硅粉(平均粒径3-7微米)添加至反应釜中，气氛保护下升温至550℃，搅拌加热8小时；3)将步骤2)中的物料转移至炭化炉中，气氛保护，1100℃处理24小时；4)将步骤3)中的物料制粉处理，至平均粒度为15μm；5)将步骤4)中的物料进行石墨化处理，处理温度是2800℃，处理时间为40小时，保温结束后随炉冷却，最后得到锂离子电池负极材料。将得到的产品制成电极。电化学测试结果显示：本实施例所得产品的放电容量为344.1mAh/g，首次库仑效率为90.6％。实施例31)称取10kg的石油沥青，加入反应釜设备中，气氛保护下升温至350℃，搅拌加热3小时；2)继续称取0.3kg的二氧化硅粉(平均粒径3-7微米)添加至反应釜中，气氛保护下升温至550℃，搅拌加热3小时；3)将步骤2)中的物料转移至炭化炉中，气氛保护，1100℃处理24小时；4)将步骤3)中的物料制粉处理，至平均粒度为15μm；5)将步骤4)中的物料进行石墨化处理，处理温度是2800℃，处理时间为40小时，保温结束后随炉冷却，最后得到锂离子电池负极材料。将得到的产品制成电极。电化学测试结果显示：本实施例所得产品的放电容量为349.2mAh/g，首次库仑效率为90.0％。实施例41)称取10kg的石油沥青，加入反应釜设备中，气氛保护下升温至350℃，搅拌加热3小时；2)继续称取0.3kg的四氧化三铁粉(平均粒径2-5微米)添加至反应釜中，气氛保护下升温至550℃，搅拌加热8小时；3)将步骤2)中的物料转移至炭化炉中，气氛保护，1100℃处理24小时；4)将步骤3)中的物料制粉处理，至平均粒度为15μm；5)将步骤4)中的物料进行石墨化处理，处理温度是2800℃，处理时间为40小时，保温结束后随炉冷却，最后得到锂离子电池负极材料。将得到的产品制成电极。电化学测试结果显示：本实施例所得产品的放电容量为342.2m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法，其特征在于，其包括如下步骤：(a)将沥青投入反应釜，加入添加剂；在氮气保护下，加热后得到反应物A；(b)反应物A冷却后，转入加热装置，经过炭化得中间产物B；(c)中间产物B经过粉碎处理，得到炭粉C；(d)炭粉C经石墨化处理，得到锂电池负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法，其特征在于，其包括如下步骤：(a)将沥青投入反应釜，加入添加剂；在氮气保护下，加热后得到反应物A；(b)反应物A冷却后，转入加热装置，经过炭化得中间产物B；(c)中间产物B经过粉碎处理，得到炭粉C；(d)炭粉C经石墨化处理，得到锂电池负极材料。2.根据权利要求1所述的中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法，其特征在于，所述步骤(a)中沥青为石油沥青和煤沥青中的一种或二者任意组合，添加剂为铁粉、铁的氧化物、硅粉、碳化硅粉及硅的氧化物中的一种或任意组合，反应温度为300-600℃，加热时间为3-12小时。3.根据权利要求2所述的中间相沥青焦制备锂电池负极材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔永民，沈龙，谢秋生，李虹，吴敏昌，熊俊威，
申请(专利权)人：上海杉杉科技有限公司，山东威能环保电源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31