一种高容量高压实高功率锂离子电池负极材料及负极浆料制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池领域，公开了一种高容量高压实高功率锂离子电池负极材料及负极浆料，负极材料具有核‑壳结构，其中核材料为人造石墨，壳材料为无定型炭。本发明专利技术的核壳结构的负极材料功率高，容量高，容量可达到365mAh/g（0.5C放电），压实密度高，可达到1.65g/cm3以上。此外，本发明专利技术负极材料颗粒小，负极材料在集流体上的附着力和均匀性好，将本发明专利技术的负极材料作为锂离子电池的负极，能够降低负极材料与铜箔的接触内阻。

A high capacity high voltage solid high power lithium ion battery anode material and negative electrode size

The invention relates to the field of lithium ion battery, and discloses a high capacity high power high power high power lithium ion battery negative electrode material and negative electrode material. The anode material has a nuclear shell structure, in which the nuclear material is artificial graphite and the shell material is amorphous carbon. The core-shell structure has the advantages of high power, high capacity, 365 mAh/g (0.5C discharge) capacity, high compaction density and over 1.65 g/cm 3 capacity. In addition, the anode material of the invention has small particles, and the adhesion and uniformity of the negative electrode in the fluid collection are good, and the negative electrode of the invention can be used as the negative pole of the lithium ion battery, and the contact resistance of the negative electrode material and the copper foil can be reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种高容量高压实高功率锂离子电池负极材料及负极浆料
本专利技术涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种高容量高压实高功率锂离子电池负极材料及负极浆料。
技术介绍
随着能源环保意识的逐渐加强，近年来新能源汽车得到了长足的发展。其中，电动汽车是主要方向之一。而在电动汽车的动力电池中，锂离子电池占据了非常重要的地位。目前市面上锂离子动力电池的负极，其负极材料主要是石墨。如申请号为201210092946.6的中国专利技术专利公开了一种锂离子电池负极材料的制备方法，该锂离子电池负极材料通过将石墨碳材料置于等离子体处理装置中进行处理获得。本专利技术还提供了一种锂离子电池负极及锂离子电池。所获得的锂离子电池负极材料，对电解液具有良好的浸润性。由该锂离子电池负极材料制得的锂离子电池负极的浸润性也得到相应的改善。从而保证在锂离子电池负极的压实密度更高的条件下负极对电解液的浸润程度，达到提高锂离子电池负极石墨碳材料的单位体积填充量，并进而提高锂离子电池能量密度的目的。现有技术的锂离子动力电池的负极存在负极材料容量低、压实密度低、功率低的缺点，限制了锂离子电池的性能。此外现有的负极材料颗粒大、负极在铜箔上的附着力和均匀性较差的问题，进而会导致电池内阻较高，性能较差的问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高容量高压实高功率锂离子电池负极材料及负极浆料。本专利技术的核壳结构的负极材料功率高，容量高，容量可达到365mAh/g（0.5C放电），压实密度高，可达到1.65g/cm3以上。此外，本专利技术负极材料颗粒小，负极材料在集流体上的附着力和均匀性好，将本专利技术的负极材料作为锂离子电池的负极，能够降低负极材料与铜箔的接触内阻。本专利技术的具体技术方案为：一种高容量高压实高功率锂离子电池负极材料，所述负极材料呈颗粒状，具有核-壳结构，其中核材料为人造石墨，壳材料为无定型炭。本专利技术的核壳结构的负极材料功率高，容量高，容量可达到365mAh/g（0.5C放电），压实密度高，可达到1.65g/cm3（传统负极材料一般为1.3-1.4g/cm3）以上。此外，本专利技术负极材料颗粒小，负极材料在集流体上的附着力和均匀性好，将本专利技术的负极材料作为锂离子电池的负极，能够降低负极材料与铜箔的接触内阻。负极材料的制备方法包括以下步骤：1）将马赛克焦与沥青按质量比10-30:1在65-75℃下混合，混合均匀后加热至380-400℃进行热聚合反应3-5h。2）将步骤1）的产物进行低温处理以去除轻组分，其中温度为380-450℃、真空度为-0.10至-0.08MPa，时间为1-2h。3）将步骤2）的产物在2600-2800℃下石墨化处理5-10h，得到人造石墨。4）向所述人造石墨中添加软碳或硬碳，在惰性气体氛围下加入到聚合物前驱体溶液中进行有机液相包覆处理，得到碳聚合物包覆有机复合物，然后在800-1800℃下进行高温煅烧处理，恒温保持6-36h，得到炭包覆负极材料。5）对所述炭包覆负极材料在惰性气体氛围下进行炭化处理，炭化温度为800-1200℃，炭化时间为4-6h；然后对炭化产物进行粉碎，粉碎后按粒径进行分级，得到负极材料。本专利技术选用马赛克焦作为负极材料的骨料，马赛克焦属于焦炭的一种，马赛克焦与传统的针状焦的性质不同，与针状焦相比，具有更高的容量、压实密度以及功率性能。与沥青一同进行热聚合后，再低温改性处理，然后高温热处理得到的特定粒径的单颗粒结构人造石墨，其大电流充放电性能好，制备成致密的小粒径人造石墨基材，具有高容量、高压实密度、高功率性能的特点。负极材料的优点为：1、小颗粒的负极材料能够缩短锂离子扩散距离、增加电解液浸润面积、减小极片OI值，从而有效提升材料的倍率和功率性能。2、与纯人造石墨具有粗糙的表面，电化学反应活性较高，增加电解液的消耗量，而无定型炭包覆人造石墨后，包覆后表面较为光滑，表面形成非晶碳包覆，减少活性点；同时可大幅度降低材料的电化学反应阻抗，使材料的功率和低温性能得到提升。3、纯人造石墨在循环后，内部结构会变得疏松不致密，而包覆后能够避免这种情况，致密的内部结构及光滑的表面结构可以有效延长锂电池的循环寿命。在单颗粒人造石墨的基础上进行颗粒改性，在人造石墨表面通过液相包覆无定型炭，使其具有核-壳结构，目的是进一步改善界面电阻，提升功率特性。采用液相包覆，包覆均匀，残碳低。作为优选，所述负极材料的粒径为d50≤6μm。作为优选，步骤3）中，石墨化处理时间为7h。作为优选，步骤4）中，人造石墨与软碳或硬碳的质量比为1:0.1-10，所述高温煅烧处理的温度为1300℃，恒温保持时间为24h。作为优选，步骤4）中，所述聚合物前驱体溶液为水溶性酚醛树脂溶液。一种负极浆料，包括以下重量份的原料：负极材料90-97份，负极导电剂0.2-3份，负极粘合剂1-6份；溶剂400-1000份。作为优选，所述负极粘合剂由质量比为1:0.5-1.5的羧甲基纤维素和丁苯橡胶组成，其中所述丁苯橡胶为粒径小于0.2μm的苯乙烯共聚物，丁苯橡胶的pH值为6.5-7.5。上述负极粘合剂与本专利技术中特定的其他组份复合后，与集流体的粘合效果好，不易脱落。作为优选，负极浆料还包括碳/硅复合溶胶3-5份。碳/硅复合溶胶在固化可形成固体骨架，该骨架具有疏松的孔道结构，该孔道结构不仅有利于电解液的浸润，增强导电性，降低内阻，而且能够对活性物质起到辅助稳固作用，固化后的负极材料不易开裂、脱落，与集流体的粘结牢度高。作为优选，所述碳/硅溶胶的制备方法如下：a）将正硅酸乙酯、无水乙醇、甲苯按质量比8-10:100:0.1-0.2混合，制得溶液A；将0.5-1.5mol/L的冰醋酸、无水乙醇与水按质量比20-30:100:6-8进行混合，制得溶液B；对溶液A在50-60℃下进行超声波振荡处理，将溶液B以0.5-1.0mL/s的速率滴加到其3-4倍质量的溶液A中；滴加溶液B的同时向溶液A中添加质量为溶液A的0.01-0.03倍的碳酸氢钠，滴加完毕后搅拌2-4h，制得硅溶胶。b）另取纳米碳溶胶与所述硅溶胶混并搅拌合均匀，得到碳硅质量比1-3:1的碳/硅复合溶胶。将上述方法制备的硅溶胶与纳米碳溶胶按特定比例混合，在硅溶胶制备过程中，添加致孔剂，能够在溶胶固化后形成更多的孔道结构，进一步有利于电解液的浸润，增强导电性，降低内阻。将制得负极浆料在集流体表面进行涂覆，辊压后先使负极浆料进行老化，老化能够使负极浆料固化后能够尽量保持其溶胶状态下的疏松孔道结构，老化成型后再进行升温干燥，溶剂瞬间挥发，结构成型，疏松孔道结构得到保留。与现有技术对比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的核壳结构的负极材料功率高，容量高，容量可达到365mAh/g（0.5C放电），压实密度高，可达到1.65g/cm3以上。此外，本专利技术负极材料颗粒小，负极材料在集流体上的附着力和均匀性好，将本专利技术的负极材料作为锂离子电池的负极，能够降低负极材料与铜箔的接触内阻。附图说明图1为本专利技术负极材料与对比例的EIS性能数据对比图；图2为本专利技术的负极材料与对比例的DCR性能数据对比图；图3为本专利技术的负极材料制得的电池与对比例的放电倍率性能数据对比图；图4为本专利技术的负极材料制得的电池针刺测试温度曲线图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步的描本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高容量高压实高功率锂离子电池负极材料，其特征在于：所述负极材料呈颗粒状，具有核‑壳结构，其中核材料为人造石墨，壳材料为无定型炭；负极材料的制备方法包括以下步骤：1）将马赛克焦与沥青按质量比10‑30:1在65‑75℃下混合，混合均匀后加热至380‑400℃进行热聚合反应3‑5h；2）将步骤1）的产物进行低温处理以去除轻组分，其中温度为380‑450℃、真空度为‑0.10至‑0.08MPa，时间为1‑2h；3）将步骤2）的产物在2600‑2800℃下石墨化处理5‑10h，得到人造石墨；4）向所述人造石墨中添加软碳或硬碳，在惰性气体氛围下加入到聚合物前驱体溶液中进行有机液相包覆处理，得到碳聚合物包覆有机复合物，然后在800‑1800℃下进行高温煅烧处理，恒温保持6‑36h，得到炭包覆负极材料；5）对所述炭包覆负极材料在惰性气体氛围下进行炭化处理，炭化温度为800‑1200℃，炭化时间为4‑6h；然后对炭化产物进行粉碎，粉碎后按粒径进行分级，得到负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种高容量高压实高功率锂离子电池负极材料，其特征在于：所述负极材料呈颗粒状，具有核-壳结构，其中核材料为人造石墨，壳材料为无定型炭；负极材料的制备方法包括以下步骤：1）将马赛克焦与沥青按质量比10-30:1在65-75℃下混合，混合均匀后加热至380-400℃进行热聚合反应3-5h；2）将步骤1）的产物进行低温处理以去除轻组分，其中温度为380-450℃、真空度为-0.10至-0.08MPa，时间为1-2h；3）将步骤2）的产物在2600-2800℃下石墨化处理5-10h，得到人造石墨；4）向所述人造石墨中添加软碳或硬碳，在惰性气体氛围下加入到聚合物前驱体溶液中进行有机液相包覆处理，得到碳聚合物包覆有机复合物，然后在800-1800℃下进行高温煅烧处理，恒温保持6-36h，得到炭包覆负极材料；5）对所述炭包覆负极材料在惰性气体氛围下进行炭化处理，炭化温度为800-1200℃，炭化时间为4-6h；然后对炭化产物进行粉碎，粉碎后按粒径进行分级，得到负极材料。2.如权利要求1所述的一种高容量高压实高功率锂离子电池负极材料，其特征在于，所述负极材料的粒径为d50≤6μm。3.如权利要求1所述的一种高容量高压实高功率锂离子电池负极材料，其特征在于，步骤3）中，石墨化处理时间为7h。4.如权利要求1所述的一种高容量高压实高功率锂离子电池负极材料，其特征在于，步骤4）中，人造石墨与软碳或硬碳的质量比为1:0.1-10，所述高温煅烧处理的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜小红，李凡群，苏文俊，赵星星，
申请(专利权)人：万向一二三股份公司，万向集团公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33