一种液相包覆改性制备锂离子电池负极材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种液相包覆改性制备锂离子电池负极材料的方法，属于锂离子电池用负极材料技术领域，本发明专利技术采用沥青为包覆剂，通过高溶解度有机溶剂将沥青充分溶解，利用真空液相包覆技术进行石墨粉体的包覆改性，通过离心分离、流化床干燥和炭化技术，制备成粒度均匀、性能优异的锂离子电池用负极材料，其比容量达到365mAh/g以上，循环200次后充电比容量达到350mAh/g以上，制备的负极材料颗粒均匀无黏连、首次循环效率高，首次循环效率达到95%以上。

【技术实现步骤摘要】
一种液相包覆改性制备锂离子电池负极材料的方法
本专利技术属于锂离子电池用负极材料
，具体涉及的是一种液相包覆改性制备锂离子电池负极材料的方法。
技术介绍
锂离子电池作为新一代绿色环保电池，具有比能量高、自放电少、应用温度范围宽、无污染、无记忆效应等优点，在手机、笔记本电脑以及电动工具等领域有着广泛的应用，还被应用于航空航天、军事、电动汽车和储能等领域，成为目前新能源领域的研究热点。当前商业化锂离子电池的负极材料主要是炭材料，石墨材料具有比容量高、循环性能好、嵌脱锂平台低、成本低廉等优点，成为最具商业价值的离锂子电池负极材料。但是石墨与有机溶剂电解液的相容性很差，使得负极材料表面形成过多的SEI膜，过量的SEI膜不仅消耗大量的锂，产生较大的不可逆容量损失，还使界面阻抗增大，引起电化学动力学障碍，使石墨层解离乃至剥落，导致容量衰减和循环性能下降。针对以上石墨负极材料本身的一些缺陷，为了获得高电化学性能的负极材料，必须对其进行表面的改性和修饰。本专利技术专利采用沥青为包覆剂，利用真空液相包覆技术进行石墨粉体的包覆改性,制备成粒度均匀、性能优异的锂离子电池用负极材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，对离锂子电池用石墨负极材料进行表面的改性和修饰，提高石墨负极材料的电化学性能，本专利技术提供一种液相包覆改性制备锂离子电池负极材料的方法。本专利技术采用沥青为包覆剂，利用真空液相包覆技术进行石墨粉体的包覆改性，制备成粒径均匀、性能优异的锂离子电池用负极材料。本专利技术通过以下技术方案予以实现。一种液相包覆改性制备锂离子电池负极材料的方法，包括以下步骤：S1、对石墨材料A进行机械粉碎，然后将粉碎后的细粉根据粒径分级处理，制得粒径为5~50μm、纯度为99.5%以上的石墨粉体B；S2、称取沥青添加至有机溶剂中，高速搅拌20min~90min使沥青溶解更充分，制得质量分数为3%~30%的沥青溶液；然后，将制得的沥青溶液倒入静置沉降罐中静置6h~72h，使溶液中不溶物充分沉降后取上层清液，制得包覆液；S3、将步骤S1制备的石墨粉体B加入浸渍釜中，浸渍釜封闭后抽真空10~120min，然后打开沥青溶液抽吸阀门，将步骤S2制得的包覆液吸入浸渍釜中并将石墨粉体B充分覆盖，石墨粉体B与包覆液的体积比为1:1.2~1:20，进液完毕后关闭抽吸阀门，将浸渍釜继续抽真空10~120min，同时对混合液高速搅拌10~120min，搅拌和抽真空操作完毕后，打开放空阀门，使浸渍釜内外压力相同后，将混合液倒入储罐中；S4、首先，将储罐中的混合液进行离心分离，分离出上层沥青液和沥青包覆石墨粉，将上层沥青液倒入沥青液储罐中，将沥青包覆石墨粉倒入容器中；然后，向容器中加入蒸馏水或无水乙醇充分搅拌并多次清洗后再次进行离心分离，将离心分离后的上层废液倒入废液罐中，将下层沥青包覆石墨粉重复清洗和离心操作3~8次；最后，将离心分离出的净化包覆石墨粉取出备用；S5、将步骤S4制得的净化包覆石墨粉放入流化床，40~80℃干燥2~48h，然后将净化包覆石墨粉取出并进行破碎，过100~325目筛后制得包覆石墨细粉备用；S6、将步骤S5制得的包覆石墨细粉在惰性气体环境的流化床中加热至650~1300℃，恒温保持0.5~6h，制得沥青液相包覆的锂离子电池用负极材料。进一步地，在所述步骤S1中，石墨材料A为天然鳞片石墨、天然隐晶质石墨、天然结晶脉状石墨、人造石墨或者导电石墨中的一种或多种。进一步地，在所述步骤S2中，沥青为煤沥青、石油沥青、改性沥青或者中间相沥青中的一种或多种。进一步地，在所述步骤S2中，有机溶剂为酮类、芳烃类或者杂环化合物中的一种或多种。进一步地，在所述步骤S4中，沥青包覆石墨粉与每次清洗所用蒸馏水或无水乙醇的体积比为1:2~1:10。与现有技术相比本专利技术的有益效果为：1、采用沥青真空液相包覆技术制备的锂离子电池负极材料，比容量比传统工艺制备的石墨负极材料高，达到365mAh/g以上；2、采用沥青作包覆剂，高溶解度有机试剂做溶剂，能有效包覆石墨粉体，防止石墨层解离乃至剥落，有效提高负极材料的循环性能，循环200次后充电比容量达到350mAh/g以上；3、采用离心分离、多次清洗、流化床干燥和炭化技术，制备的负极材料颗粒均匀无黏连，首次循环效率高，首次循环效率达到95%以上。附图说明附图图1是实施例3制得的产品的SEM图。具体实施方式以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。若未特别指明，实施例均按照常规实验条件。另外，对于本领域技术人员而言，在不偏离本专利技术的实质和范围的前提下，对这些实施方案中的物料成分和用量进行的各种修改或改进，均属于本专利技术要求保护的范围。下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细描述。实施例1一种液相包覆改性制备锂离子电池负极材料的方法，包括以下步骤：S1、对天然鳞片石墨进行机械粉碎，然后将粉碎后的细粉根据粒径分级处理，制得粒径为5~20μm、纯度为99.5%的天然鳞片石墨粉体；S2、称取3g中温煤沥青添加至97g甲苯中，高速（2000rad/min）搅拌20min使沥青溶解更充分，制得质量分数为3%的中温煤沥青溶液；然后，将制得的沥青溶液倒入静置沉降罐中静置6h，使溶液中不溶物充分沉降后取上层清液，制得包覆液；S3、将步骤S1制备的10g天然鳞片石墨粉体加入浸渍釜中，浸渍釜封闭后抽真空10min，然后打开沥青溶液抽吸阀门，将20g步骤S2制得的包覆液吸入浸渍釜中并将天然鳞片石墨粉体充分覆盖，进液完毕后关闭抽吸阀门，将浸渍釜继续抽真空10min，同时对混合液高速（2000rad/min）搅拌20min，搅拌和抽真空操作完毕后，打开放空阀门，使浸渍釜内外压力相同后，将混合液倒入储罐中；S4、首先，将储罐中的混合液进行离心分离，分离出上层沥青液和沥青包覆石墨粉，将上层沥青液倒入沥青液储罐中，将沥青包覆石墨粉倒入容器中；然后，向容器中加入30g无水乙醇充分搅拌并多次清洗后再次进行离心分离，将离心分离后的上层废液倒入废液罐中，将下层沥青包覆石墨粉重复清洗和离心操作3次；最后，将离心分离出的净化包覆石墨粉取出备用；S5、将步骤S4制得的净化包覆石墨粉放入流化床，40℃干燥48h，然后将净化包覆石墨粉取出并进行破碎，以防粉体结块，过100目筛后制得包覆石墨细粉备用；S6、将步骤S5制得的包覆石墨细粉在氮气气氛的流化床中以50℃/h升温速率加热至650℃，恒温保持6h，制得沥青液相包覆的锂离子电池用负极材料。实施例2一种液相包覆改性制备锂离子电池负极材料的方法，包括以下步骤：S1、对天然鳞片石墨进行机械粉碎，然后将粉碎后的细粉根据粒径分级处理，制得粒径为10~25μm、纯度为99.6%的天然鳞片石墨粉体；S2、称取6g高温煤沥青添加至94g吡啶中，高速（1000rad/min）搅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液相包覆改性制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于包括以下步骤：/nS1、对石墨材料A进行机械粉碎，然后将粉碎后的细粉根据粒径分级处理，制得粒径为5~50μm、纯度为99.5%以上的石墨粉体B；/nS2、称取沥青添加至有机溶剂中，高速搅拌20min~90min使沥青溶解更充分，制得质量分数为3%~30%的沥青溶液；然后，将制得的沥青溶液倒入静置沉降罐中静置6h~72h，使溶液中不溶物充分沉降后取上层清液，制得包覆液；/nS3、将步骤S1制备的石墨粉体B加入浸渍釜中，浸渍釜封闭后抽真空10~120min，然后打开沥青溶液抽吸阀门，将步骤S2制得的包覆液吸入浸渍釜中并将石墨粉体B充分覆盖，石墨粉体B与包覆液的体积比为1:1.2~1:20，进液完毕后关闭抽吸阀门，将浸渍釜继续抽真空10~120min，同时对混合液高速搅拌10~120min，搅拌和抽真空操作完毕后，打开放空阀门，使浸渍釜内外压力相同后，将混合液倒入储罐中；/nS4、首先，将储罐中的混合液进行离心分离，分离出上层沥青液和沥青包覆石墨粉，将上层沥青液倒入沥青液储罐中，将沥青包覆石墨粉倒入容器中；然后，向容器中加入蒸馏水或无水乙醇充分搅拌并多次清洗后再次进行离心分离，将离心分离后的上层废液倒入废液罐中，将下层沥青包覆石墨粉重复清洗和离心操作3~8次；最后，将离心分离出的净化包覆石墨粉取出备用；/nS5、将步骤S4制得的净化包覆石墨粉放入流化床，40~80℃干燥2~48h，然后将净化包覆石墨粉取出并进行破碎，过100~325目筛后制得包覆石墨细粉备用；/nS6、将步骤S5制得的包覆石墨细粉在惰性气体环境的流化床中加热至650~1300℃，恒温保持0.5~6h，制得沥青液相包覆的锂离子电池用负极材料。/n...

【技术特征摘要】
1.一种液相包覆改性制备锂离子电池负极材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、对石墨材料A进行机械粉碎，然后将粉碎后的细粉根据粒径分级处理，制得粒径为5~50μm、纯度为99.5%以上的石墨粉体B；
S2、称取沥青添加至有机溶剂中，高速搅拌20min~90min使沥青溶解更充分，制得质量分数为3%~30%的沥青溶液；然后，将制得的沥青溶液倒入静置沉降罐中静置6h~72h，使溶液中不溶物充分沉降后取上层清液，制得包覆液；
S3、将步骤S1制备的石墨粉体B加入浸渍釜中，浸渍釜封闭后抽真空10~120min，然后打开沥青溶液抽吸阀门，将步骤S2制得的包覆液吸入浸渍釜中并将石墨粉体B充分覆盖，石墨粉体B与包覆液的体积比为1:1.2~1:20，进液完毕后关闭抽吸阀门，将浸渍釜继续抽真空10~120min，同时对混合液高速搅拌10~120min，搅拌和抽真空操作完毕后，打开放空阀门，使浸渍釜内外压力相同后，将混合液倒入储罐中；
S4、首先，将储罐中的混合液进行离心分离，分离出上层沥青液和沥青包覆石墨粉，将上层沥青液倒入沥青液储罐中，将沥青包覆石墨粉倒入容器中；然后，向容器中加入蒸馏水或无水乙醇充分搅拌并多次清洗后再次进行离心分离，将离心分离后的上层废液倒入废液罐中，将下层沥青包覆石墨粉重复清洗和离心操作3~8...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘占军，李国栋，田晓冬，
申请(专利权)人：中国科学院山西煤炭化学研究所，
类型：发明
国别省市：山西;14