一种锂电池负极用沥青和锂电池负极及其制备方法和锂电池技术

本发明专利技术涉及锂电池负极材料领域，公开了一种锂电池负极用沥青和锂电池负极及其制备方法和锂电池。锂电池负极用沥青含有难石墨化组分和易石墨化组分，所述难石墨化组分与所述易石墨化组分的质量比为(20～80)：(80～20)。制备出锂电池负极用沥青可以使制得的锂电池负极兼顾电池的容量和充放电速度。

Asphalt for negative pole of lithium battery and negative electrode of lithium battery, preparation method thereof and lithium battery

The invention relates to the field of negative electrode materials for lithium batteries, discloses an anode for lithium batteries, a negative electrode for lithium batteries and a lithium battery, a preparation method thereof, and a lithium battery. Asphalt for lithium battery anode containing hard graphite components and easily graphitized components, and the mass of the hard graphite component and the graphite component ratio (20 ~ 80): (80 ~ 20). The preparation of lithium battery anode asphalt can make the negative electrode of lithium battery take into account the battery capacity and charge and discharge rate.

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池负极用沥青和锂电池负极及其制备方法和锂电池
本专利技术涉及锂电池负极材料领域，具体地，涉及一种锂电池负极用沥青和锂电池负极及其制备方法和锂电池。
技术介绍
传统的锂电池电极材料有软碳、硬碳、天然石墨之分。不同类型的材料具有不同的锂离子储存、传送特点。天然石墨石墨化度高，锂离子储存量大，电池容量大，但嵌锂、脱锂速度慢，充放电速度慢；硬碳石墨化度低，锂离子传输途径短，传输速度快，但容量小。为了平衡充放电速度与电容量，需要改进电极材料。CN103078088A公开了一种锂离子电池负极材料，由重量比为5～40：1：0.5的煤焦、沥青和碳纳米管制成。该材料是先将煤焦和沥青溶于有机溶剂后再在压力容器中进行液相脱水处理，然后通过包覆改性、低温固化、炭化以及高温石墨化处理；最后再加入碳纳米管进行超声波分散，将得到的粉体过筛后得到炭改性材料。该材料可以提高锂离子电池循环寿命和首次效率。CN102800852A公开了一种动力锂离子电池负极材料制备方法，包括：(1)加料：以重量计，按主体材料：分散材料：粘结材料＝1：0.1～0.5：0.1～1的比例将主体材料、分散材料、粘结材料加入搅拌釜中搅拌，使原料固体颗粒之间混合充分均匀；所述主体材料为粒度中位径≤7μm的无定形碳粉；所述分散材料为粒度中位径为8μm～13μm的石墨粉；所述粘结材料为粒度中位径≤5μm、碳含量≥50％的沥青粉或树脂粉或其混合物；(2)升温：在加入原料的同时搅拌釜开始升温、搅拌，30～180min内升温至200～350℃，温度达到预定值后恒温，再搅拌60～360mn，控制物料粒度尺寸在1～10mm；(3)碳化：将步骤(2)所得物料置于碳化炉中，在防氧化保护条件下，600～1200℃保持3～8h；(4)冷却：将步骤(3)所得物料冷却至室温，然后进行破碎，收集粒度中位径9～17μm的物料；(5)表面修饰：将步骤(4)所得物料与粘结材料以重量计按1：0.02～0.1的比例投入搅拌釜中搅拌30～180min；(6)石墨化：将步骤(5)所得物料放入石墨化炉中升温至2600～3000℃保温4～48h。该方法制备的电极材料采用无定形碳粉、石墨粉、沥青粉或树脂粉的混合物。CN102522532A一种新型锂离子电池负极材料，所述负极材料由天然石墨、石油焦炭和沥青复合而成，所述天然石墨、石油焦炭、沥青的重量份为：天然石墨35-55，石油焦炭25-45，沥青15-25。现有技术通过复合多种材料的办法制备电极材料，但是存在工艺复杂，添加的物质种类多，不易控制、分散不均匀的缺陷，影响最终获得电极的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改进制备锂电池负极材料的沥青选择，提高锂电池电极性能，提供了一种锂电池负极用沥青和锂电池负极及其制备方法和锂电池。为了实现上述目的，本专利技术提供一种锂电池负极用沥青，其中，所述锂电池负极用沥青含有难石墨化组分和易石墨化组分，所述难石墨化组分与所述易石墨化组分的质量比为(20～80)：(80～20)。本专利技术还提供一种制备本专利技术的锂电池负极用沥青的方法，该方法包括：(1)选取沥青a，所述沥青a的分子量分布Mn/Mw为1.2以上，且所述沥青a的正庚烷可溶物HS含量为20～80重量％；从所述沥青a以外的其他沥青中选取沥青b和沥青c，所述沥青b的软化点为60～90℃，且所述沥青b的甲苯可溶组分含量为40～90重量％；所述沥青c的软化点为130～180℃，且所述沥青c的甲苯可溶组分含量为30～80重量％；(2)将至少一种所述沥青a作为电极原料-I，或者选取所述沥青a、沥青b和沥青c中的至少两种进行混合为电极原料-II；(3)在惰性气氛下，将所述电极原料-I或所述电极原料-II进行聚合反应，得到锂电池负极用沥青。本专利技术还提供一种锂电池负极，其中，所述锂电池负极含有硬碳结构和类石墨结构；所述锂电池负极经XRD测定并计算得到的d002数值为0.34～0.45nm；所述锂电池负极的10c充放电容量保持率为50％以上。本专利技术还提供一种制备本专利技术的锂电池负极的方法，该方法包括：(A)将本专利技术的锂电池负极用沥青，或本专利技术的方法制得的锂电池负极用沥青在200～280℃下进行稳定化处理2～10h；(B)将步骤(A)得到的产物在600～1200℃下进行炭化处理0.5～2h。本专利技术还提供一种锂电池，该锂电池包括本专利技术的锂电池负极或者本专利技术的方法制得的锂电池负极。通过上述技术方案，本专利技术设定特定特征选择满足要求的沥青经聚合反应后，可以得到含有特定重量比的易石墨化组分与难石墨化组分的锂电池负极用沥青。该沥青可以发挥两种组分各自的特点：易石墨化组分石墨化度高接近于天然石墨，难石墨化组分接近于硬碳的性质，从而进一步制备的锂电池负极可以兼顾电池的容量和充放电速度。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是实施例3制备的锂电池负极用沥青的偏光显微镜照片；图2a是实施例3制备的锂电池负极用沥青进行热过滤分离后得到的难石墨化组分的偏光显微镜照片；图2b是实施例3制备的锂电池负极用沥青进行热过滤分离后得到的易石墨化组分的偏光显微镜照片；图3是实施例1制备的锂电池负极用沥青的偏光显微镜照片；图4是实施例1制备的锂电池负极的TEM照片。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术的第一目的，提供一种锂电池负极用沥青，其中，所述锂电池负极用沥青含有难石墨化组分和易石墨化组分，所述难石墨化组分与所述易石墨化组分的质量比为(20～80)：(80～20)。优选质量比为(20～50)：(80～50)。本专利技术可以通过热过滤分离的方法，确定所述锂电池负极用沥青中所含有的难石墨化组分和易石墨化组分。所述热过滤分离可以是先将所述锂电池负极用沥青加热至所述锂电池负极用沥青的熔融温度，成为可以流动的流体，然后在高于所述锂电池负极用沥青的熔融温度20～30℃下(即温度＝熔融温度+(20～30℃))，加压为1～2MPa，将该流体以滤孔直径为10μm的滤网进行过滤分离，可以通过滤网的为难石墨化组分，不能通过筛网的为易石墨化组分，实现所述易石墨化组分与难石墨化组分的分离。所述热过滤分离可以是氮气保护下进行。图2a和2b为经过热过滤分离后得到的难石墨化组分和易石墨化组分的偏光照片，其中图2a为难石墨组分，图2b为易石墨化组分。通过将得到的难石墨化组分和易石墨化组分各自称重，可以确定所述难石墨化组分与易石墨化组分之间的质量比。本专利技术的锂电池负极用沥青含有具有上述质量比的难石墨化组分与易石墨化组分，可以提供最终制备的锂电池负极的性能改进。根据本专利技术，所述锂电池负极用沥青还可以具有其他特征，有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池负极用沥青，其特征在于，所述锂电池负极用沥青含有难石墨化组分和易石墨化组分，所述难石墨化组分与所述易石墨化组分的质量比为(20～80)：(80～20)。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池负极用沥青，其特征在于，所述锂电池负极用沥青含有难石墨化组分和易石墨化组分，所述难石墨化组分与所述易石墨化组分的质量比为(20～80)：(80～20)。2.根据权利要求1所述的沥青，其中，所述锂电池负极用沥青的中间相含量为35体积％以上；优选为56体积％～72体积％。3.根据权利要求1或2所述的沥青，其中，所述锂电池负极用沥青的软化点为260℃～350℃，所述锂电池负极用沥青的密度为1.20～1.50g/cm3；优选地，所述锂电池负极用沥青的Lc值为1.2～4.5nm，所述锂电池负极用沥青的La值为1.0～3.5nm。4.一种制备权利要求1-3中任意一项所述的锂电池负极用沥青的方法，该方法包括：(1)选取沥青a，所述沥青a的分子量分布Mn/Mw为1.2以上，且所述沥青a的正庚烷可溶物HS含量为20～80重量％；从所述沥青a以外的其他沥青中选取沥青b和沥青c，所述沥青b的软化点为60～90℃，且所述沥青b的甲苯可溶组分含量为40～90重量％；所述沥青c的软化点为130～180℃，且所述沥青c的甲苯可溶组分含量为30～80重量％；(2)将至少一种所述沥青a作为电极原料-I，或者选取所述沥青a、沥青b和沥青c中的至少两种进行混合为电极原料-II；(3)在惰性气氛下，将所述电极原料-I或所述电极原料-II进行聚合反应，得到锂电池负极用沥青。5.根据权利要求4所述的方法，其中，在步骤(3)中，聚合反应温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘均庆，梁文斌，徐文强，郑冬芳，段春婷，梁朋，王秋实，
申请(专利权)人：神华集团有限责任公司，北京低碳清洁能源研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11