用于动力锂离子电池的石墨负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于动力锂离子电池的石墨负极材料及其制备方法和应用,方法包括：将碳材料与沥青粉按100:0.1～25的重量比混合均匀，造粒，得到造粒料；将造粒料进行破碎分级处理，得到整形料；将整形料与沥青按100:0～10混合均匀，在2000～3300℃进行石墨化处理，得到提纯的石墨化料；将提纯的石墨化料与聚合物粉末在含有CMC的水中分散均匀，将形成的悬浮液进行喷雾干燥；其中，石墨化料与聚合物粉末的重量比为100:1～10，CMC重量比为100:0.5～3；在1000～1300℃进行碳化处理，冷却后筛分得到石墨负极材料。

Graphite negative electrode material for power lithium ion battery, preparation method and application thereof

The invention discloses a graphite anode material for lithium ion battery and its preparation method and application thereof. The method comprises the following steps: carbon materials and asphalt powder according to the weight ratio of 100:0.1 to 25 by mixing, granulation, granulation material; the granulation material crushing grading, get plastic material; the plastic material and asphalt according to 100:0 - 10 mixed in 2000 ~ 3300 degrees of graphitization, graphite material purification; graphite material and polymer powder in purification of CMC containing water evenly dispersed suspension formed by spray drying; its, graphite material and polymer powder weight ratio 100:1 ~ 10, CMC weight ratio of 100:0.5 to 3; in 1000 ~ 1300 degrees of carbonization, cooling and screening to obtain graphite anode material.

【技术实现步骤摘要】
用于动力锂离子电池的石墨负极材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种用于动力锂离子电池的石墨负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
当今石油、煤炭资源日趋短缺，温室气体、雾霾等环境问题日益严重，各国政府号召节能减排，在交通工具选择上积极鼓励购买小排量汽车或纯绿色电动汽车。而目前电动汽车缺点在于续驶里程短、充电慢，而这些缺点主要指向电动车的电池性能有待提高。电动汽车的续驶里程受限于电池的容量，影响电池容量的因素有正极、负极、隔膜、电解液等材料选择。石墨是目前市场上畅销的充电电池负极材料，具有良好的导电性和高结晶度特点，有序的层状结构十分合适锂离子的反复嵌入-脱欠。但是天然石墨颗粒具有各向异性，与电解液相容性不好，首次充放电过程中不可逆容量损失较大，尤其是比表面积大的微晶石墨。与天然石墨相比，虽然人造石墨虽然可以达到各向同性，且容量、首效等电性能有所提高，但是仍然无法满足动力锂离子电池高倍率快速充的需要。因此探索一种新方法来制备能够满足高倍率快速电，同时兼具高容量的石墨负极材料是十分有必要的，同时产品的市场也非常广阔。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种用于动力锂离子电池的石墨负极材料及其制备方法和应用，克服现有工艺的不足，通过造粒、整形工艺使石墨微粒达到各向同性，从而使得制备得到的石墨极片更容易实现锂离子嵌入-脱欠，增大充电容量，通过液相包覆和高温碳化在石墨微粒表面均匀包覆一层硬碳，从而达到降低比表面积，改善与电解液的相容性，提高容量和首次充放电效率。此外，表面硬碳在锂离子嵌入-脱欠过程中可以保护石墨，延缓石墨片层塌陷、破损，从而有效提高锂离子电池充电倍率，实现快速充电的性能。第一方面，本专利技术实施例提供了一种用于动力锂离子电池的石墨负极材料的制备方法，包括：将平均粒径为5～30μm碳材料与沥青粉按100:0.1～25的重量比混合均匀，采用卧式造粒釜进行造粒，在氮气氛围中由室温以2℃/min～5℃/min的升温速率升温至500℃～1000℃，保温0.5小时～6小时后降至室温，得到造粒料；将所述造粒料进行破碎分级处理，得到平均粒径为5um～30um整形料；将整形料与沥青按100:0～10混合均匀，在2000～3300℃进行石墨化处理，得到提纯的石墨化料；将所述提纯的石墨化料与聚合物粉末在含有羧甲基纤维素钠CMC的水中分散均匀，将形成的悬浮液进行喷雾干燥；其中，所述石墨化料与所述聚合物粉末的重量比为100:1～10，所述石墨化料与CMC重量比为100:0.5～3；在1000～1300℃进行碳化处理，冷却后筛分得到所述石墨负极材料。优选的，所述碳材料包括石墨化中间相碳微球、石油焦、沥青焦、针状焦或焦炭中的一种或多种。优选的，所述沥青包括低温沥青、中温沥青或高温沥青中的一种或多种。优选的，所述聚合物包括酚醛树脂、聚偏氟乙烯、聚吡咯、环氧树脂中的一种或多种。优选的，所述碳材料与沥青粉的混合重量比为100:1～16。优选的，所述整形料与沥青的混合重量比为100:0～6。优选的，所述石墨化料与所述聚合物粉末的重量比为100:1～5。第二方面，本专利技术实施例提供了一种通过上述第一方面所述方法制备得到的石墨负极材料。第三方面，本专利技术实施例提供了一种包括上述第二方面所述的石墨负极材料的锂离子二次电池。第四方面，本专利技术实施例提供了一种上述第三方面所述的锂离子二次电池的用途，所述锂离子二次电池用作动力锂离子电池。本专利技术实施例提供的用于动力锂离子电池的石墨负极材料的制备方法克服了现有工艺的不足，通过造粒、整形工艺使石墨微粒达到各向同性，从而使得制备得到的石墨极片更容易实现锂离子嵌入-脱欠，增大充电容量，通过液相包覆和高温碳化在石墨微粒表面均匀包覆一层硬碳，从而达到降低比表面积，改善与电解液的相容性，提高容量和首次充放电效率。此外，本专利技术还利用羧甲基纤维素钠作为防沉淀剂，有效避免其他杂质的引入。附图说明下面通过附图和实施例，对本专利技术实施例的技术方案做进一步详细描述。图1为本专利技术实施例1提供的用于动力锂离子电池的石墨负极材料的制备方法流程图；图2为本专利技术实施例2提供的石墨负极材料的扫描电镜(SEM)图；图3为本专利技术实施例3提供的石墨负极材料的SEM图；图4为本专利技术实施例4提供的石墨负极材料的SEM图；图5为本专利技术实施例5提供的石墨负极材料的SEM图。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术进行进一步的详细说明，但并不意于限制本专利技术的保护范围。实施例1本专利技术实施例1提供了一种用于动力锂离子电池的石墨负极材料的制备方法，包括如下步骤，具体如图1所示。步骤110，将平均粒径为5～30μm的碳材料与沥青粉按100:0.1～25的重量比混合均匀，采用卧式造粒釜进行造粒，在氮气氛围中由室温以2℃/min～5℃/min的升温速率升温至500℃～1000℃，保温0.5小时～6小时后降至室温，得到造粒料；其中，碳材料包括石墨化中间相碳微球、石油焦、沥青焦、针状焦或焦炭中的一种或多种；沥青包括低温沥青、中温沥青或高温沥青中的一种或多种混合；聚合物包括酚醛树脂、聚偏氟乙烯、聚吡咯、环氧树脂等的一种或多种混合。在优选的例子中，碳材料与沥青粉的混合重量比为100:1～16。步骤120，将造粒料进行破碎分级处理，得到平均粒径为5um～30um整形料；具体的，破碎分级处理可以通过整形分级机来实现。步骤130，将整形料与沥青按100:0～10混合均匀，在2000～3300℃进行石墨化处理，得到提纯的石墨化料；具体的，石墨化处理具体为采用通气石墨化工艺处理。在优选的例子中，整形料与沥青的混合重量比为100:0～6。其中，沥青的混合重量比可以为0。步骤140，将提纯的石墨化料与聚合物粉末在含有羧甲基纤维素钠(CMC)的水中分散均匀，将形成的悬浮液进行喷雾干燥；具体的，在本步骤中，CMC作为防沉淀剂使用，可以有效避免其他杂质的引入。待石墨化料与聚合物粉末在含有CMC的水中分散均匀形成稳定的悬浮液后再进行喷雾干燥。其中，石墨化料与聚合物粉末的重量比为100:1～10，石墨化料与CMC重量比为100:0.5～3。在优选的例子中，石墨化料与聚合物粉末的重量比为100:1～5。步骤150，在1000℃～1300℃进行碳化处理，冷却后筛分得到石墨负极材料。通过造粒、整形工艺使石墨微粒由各向异性的单颗粒粘接成整体呈各向同性的二次颗粒，从而使得制备得到的石墨极片更容易实现锂离子嵌入-脱欠，增大充电容量，通过液相包覆和高温碳化在石墨微粒表面均匀包覆一层硬碳，从而达到降低比表面积，改善与电解液的相容性，提高容量和首次充放电效率。因而所得到的石墨负极材料具有高容量、快速充电的性能。可以作为动力锂离子电池的高容量快充石墨负极材料。此外，本专利技术还利用羧甲基纤维素钠作为防沉淀剂，有效避免其他杂质的引入。为更好的理解本专利技术提供的技术方案，下述以多个具体实例分别说明应用本专利技术上述实施例提供的制备方法进行石墨负极材料制备的具体过程，以及将其应用于锂离子二次电池的性能。实施例2步骤1：将平均粒径为11μm石油焦与中温沥青粉按100:9重量比混合均匀，然后采用卧式造粒釜进行造粒，造粒釜升温速率为5℃/min，在氮气氛围中由室温升至800℃，保温2小时，然后降至室温，得到造粒料；步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于动力锂离子电池的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将平均粒径为5～30μm碳材料与沥青粉按100:0.1～25的重量比混合均匀，采用卧式造粒釜进行造粒，在氮气氛围中由室温以2℃/min～5℃/min的升温速率升温至500℃～1000℃，保温0.5小时～6小时后降至室温，得到造粒料；将所述造粒料进行破碎分级处理，得到平均粒径为5um～30um整形料；将整形料与沥青按100:0～10混合均匀，在2000～3300℃进行石墨化处理，得到提纯的石墨化料；将所述提纯的石墨化料与聚合物粉末在含有羧甲基纤维素钠CMC的水中分散均匀，将形成的悬浮液进行喷雾干燥；其中，所述石墨化料与所述聚合物粉末的重量比为100:1～10，所述石墨化料与CMC重量比为100:0.5～3；在1000～1300℃进行碳化处理，冷却后筛分得到所述石墨负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种用于动力锂离子电池的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：将平均粒径为5～30μm碳材料与沥青粉按100:0.1～25的重量比混合均匀，采用卧式造粒釜进行造粒，在氮气氛围中由室温以2℃/min～5℃/min的升温速率升温至500℃～1000℃，保温0.5小时～6小时后降至室温，得到造粒料；将所述造粒料进行破碎分级处理，得到平均粒径为5um～30um整形料；将整形料与沥青按100:0～10混合均匀，在2000～3300℃进行石墨化处理，得到提纯的石墨化料；将所述提纯的石墨化料与聚合物粉末在含有羧甲基纤维素钠CMC的水中分散均匀，将形成的悬浮液进行喷雾干燥；其中，所述石墨化料与所述聚合物粉末的重量比为100:1～10，所述石墨化料与CMC重量比为100:0.5～3；在1000～1300℃进行碳化处理，冷却后筛分得到所述石墨负极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李春，顾华清，李辉，古立虎，张志清，刘芳，冯苏宁，陈卫，
申请(专利权)人：江西紫宸科技有限公司，上海璞泰来新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江西,36