一种锂离子电池改性负极材料及其改性方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池改性负极材料，其原料包括a千克的锂离子电池负极材料和b千克的沥青，其中，b/(a+b)＝0.06～0.1，所述锂离子电池负极材料的原料为人造石墨电极碎。相应地，本发明专利技术还提供了一种锂离子电池改性负极材料的改性方法，以提高锂离子电池的循环周期，降低成本。

A Lithium Ion Battery Modified Anode Material and Its Modification Method

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池改性负极材料及其改性方法
本专利技术涉及锂离子电池负极材料
，尤其涉及一种锂离子电池改性负极材料及其改性方法。
技术介绍
能源是地球发展的一大重要因素，而与能源有关的材料一直是人类发展进步的主题。现如今，石油能源即将枯竭，而作为可以将化学能转化为电能的化学电源，则可以取代石油作为人类发展进步的能源。1990年，日本索尼公司用石墨结构碳材料作为锂离子电池负极之后，锂离子电池开始进入商品化。锂离子电池的比容量大、循环寿命长，同时可以输出的电压高、自放电率低、应用温度范围宽、循环稳定性好、安全性能好、绿色环保等优点，从而被广泛应用于手机、笔记本、摄像机等电子产品。进入21世纪以来，锂离子电池适用范围越来越广，如电动汽车、航空航天、军事设施，人们对它的性能以及价格要求也越来越高。锂离子电池的主要组成部分包括正负极嵌锂材料、有机电解液以及电池隔膜等。其中，正负极材料不仅对锂离子电池性能起着关键性作用，且其生产成本占整个电池的一半以上，因此，正负极材料的开发与制备工艺研究成为人们的重点研究内容。经过不断地开发研究，人们相继推出了LiCoO2、LiMnO4、LiNiO2、LiFePO4等正极材料，而负极材料目前以石墨类碳材料为主，进一步可分为人造石墨以及天然石墨。我国天然石墨储量丰富、价格低廉，有利于发挥我们石墨负极材料的成本优势，但天然石墨在脱嵌锂过程中容易造成溶剂的共插入，破坏石墨的层间结构，导致循环性能差，应用范围较窄。人造石墨则具有高倍率性能、高循环稳定性、与电解液兼容性好等优点，但同时也存在比表面积大，首次效率低等问题。目前，各大企业主要采用石油焦、针状焦等作为原材料来制备高性能的锂离子电池人造石墨负极材料。也有少量厂家采用石墨坩埚废料作为原材料来制备较高性能的锂离子电池人造石墨负极材料。但是，针状焦原材料价格高，石油焦、针状焦加工工序长；石墨坩埚废料结构不稳定、杂质较多、石墨化度不高。人造石墨电极是指以石油焦、沥青焦为骨料，煤沥青为黏结剂，经过原料煅烧、破碎磨粉、配料、混捏、成型、焙烧、浸渍、石墨化和机械加工而制成的一种耐高温石墨质导电材料。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种锂离子电池改性负极材料，采用人造石墨电极碎粉碎和沥青为原料，成本低，锂离子电池可循环800周以上。本专利技术还要解决的技术问题在于，提供一种锂离子电池改性负极材料，采用人造石墨电极碎粉碎和沥青作为原料，制备方法简单、成本低廉。了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种锂离子电池改性负极材料，其原料包括a千克的锂离子电池负极材料和b千克的沥青，其中，b/(a+b)＝0.06～0.1，所述锂离子电池负极材料的原料为人造石墨电极碎。作为上述方案的改进，所述锂离子电池负极材料的粒度分布为：D10＝5-10μm、D50＝10-30μm、D90＝30-50μm；所述锂离子电池负极材料的振实密度为0.8-0.9g/cm3，比表面积为6±0.5m2/g。作为上述方案的改进，所述锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：S201、将人造石墨电极碎投加到除铁器中，进行除铁；S202、将除铁后的人造石墨电极碎粉碎，得到人造石墨电极粉；S203、将人造石墨电极粉球形化、分级，得到人造石墨电极粉料；S204、将人造石墨电极粉料投加到除磁器中，进行除磁，使得人造石墨电极粉料的含铁量少于100ppm；S205、将除磁后的人造石墨电极粉料过300目筛网，取筛下物，得到锂离子电池负极材料。作为上述方案的改进，步骤(S202)中的人造石墨电极粉的粒度分布为：D50＝11-16μm。作为上述方案的改进，步骤(S201)中，将人造石墨电极碎投加到永磁除铁器中，其中，永磁除铁器的磁通量大于8000Gs，人造石墨电极碎的投加速度为10-30kg/min；步骤(S204)中，将人造石墨电极粉料投加到电磁除磁器中，其中，电磁除磁器的磁通量大于30000Gs，人造石墨电极粉料的投加速度为5-10kg/min。作为上述方案的改进，所述沥青为高温石油改质沥青或高温煤改质沥青，所述沥青的软化点温度为240-280℃，结焦值≥70％。相应地，本专利技术还提供了一种如上述所述的锂离子电池负极材料的改性方法，其特征在于，包括以下步骤：S101、将a千克的锂离子电池负极材料加入A溶剂中，搅拌均匀，得到浆料，将b千克的沥青溶解于B溶剂中，搅拌均匀，得到沥青溶液，其中，锂离子电池负极材料的原料为人造石墨电极碎；S102、将浆料和沥青溶液混合，搅拌均匀，得到混合物；S103、将混合物进行喷雾干燥制粉，得到包覆前驱体；S104、将包覆前驱体在保护气体中进行碳化，碳化温度为900-1200℃，保温3-5h后，冷却至室温，得到锂离子电池改性负极材料。作为上述方案的改进，步骤(S101)中，所述A溶剂为无水乙醇、乙醇、乙二醇中的一种或几种，所述B溶剂为甲苯、苯、四氢呋喃中的一种或几种。作为上述方案的改进，步骤(S102)中，采用高速搅拌机来浆料和沥青溶液，其中，搅拌速度为300-500r/min；步骤(S103)采用喷雾干燥机对混合物进行喷雾干燥制粉，其中，雾化器转速为30000-35000r/min。作为上述方案的改进，步骤(S104)中，所述保护气体为氮气、氦气、氩气中的至少一种，碳化的初始温度为40-60℃，碳化升温速度为1-3℃。实施本专利技术，具有如下有益效果：本专利技术采用锂离子电池负极材料和沥青作为锂离子电池改性负极材料的原料，并通过限定沥青的含量比例，以提高电化学性能优异。其中，锂离子电池的首次可逆比容量达到345mAh/g，首次充放电效率达93％以上，循环800周可逆容量仍能保持270mAh/g，压实密度达1.55-1.60g/cm3。本专利技术所使用的喷雾干燥工艺有助于沥青包覆在人造石墨电极碎表面，在碳化过程中形成致密均匀的“核-壳”结构包覆碳层，该技术解决了人造石墨电极碎循环性能差的问题。本专利技术采用人造石墨电极碎作为锂离子电池负极材料的原材料，并对其进行粒度、振实、比表面积进行设计，以达到前面所述之效果的人造石墨电极碎负极材料；此外，本专利技术选择一种合适的沥青，对沥青进行粒度设计，然后采用液相包覆的方法，控制人造石墨电极碎与沥青的质量比，以一定的转速进行混合包覆，得到包覆前驱体；再将混合好的包覆前驱体以一种优化的温度曲线进行碳化，待冷却至室温后得到所述之效果的锂离子电池改性负极材料。本专利技术加工工艺简单，无须进行石墨化加工，大大减少了加工成本、缩短了生产周期。本专利技术锂离子电池改性负极材料可满足中高端锂离子电池负极材料市场需求。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术作进一步地详细描述。本专利技术提供的一种锂离子电池改性负极材料，其原料包括a千克的锂离子电池负极材料和b千克的沥青，其中，b/(a+b)＝0.06～0.1，所述锂离子电池负极材料的原料为人造石墨电极碎。人造石墨电极碎为人造石墨电极加工过程中产生的不可再利用物，其石墨化度、可逆比容量比石墨坩埚废料高，结构也更加稳定。其中，人造石墨电极碎属于炭素行业。相对于直接将石油焦、针状焦等骨料粉碎、整形后和沥青进行混捏、成型、碳化、石墨化等处理制备形成的人造石墨负极材料，本专利技术采用人造石墨电极碎来制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池改性负极材料，其特征在于，其原料包括a千克的锂离子电池负极材料和b千克的沥青，其中，b/(a+b)＝0.06～0.1，所述锂离子电池负极材料的原料为人造石墨电极碎。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池改性负极材料，其特征在于，其原料包括a千克的锂离子电池负极材料和b千克的沥青，其中，b/(a+b)＝0.06～0.1，所述锂离子电池负极材料的原料为人造石墨电极碎。2.如权利要求1所述的锂离子电池改性负极材料，其特征在于，所述锂离子电池负极材料的粒度分布为：D10＝5-10μm、D50＝10-30μm、D90＝30-50μm；所述锂离子电池负极材料的振实密度为0.8-0.9g/cm3，比表面积为6±0.5m2/g。3.如权利要求1所述的锂离子电池改性负极材料，其特征在于，所述锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：S201、将人造石墨电极碎投加到除铁器中，进行除铁；S202、将除铁后的人造石墨电极碎粉碎，得到人造石墨电极粉；S203、将人造石墨电极粉球形化、分级，得到人造石墨电极粉料；S204、将人造石墨电极粉料投加到除磁器中，进行除磁，使得人造石墨电极粉料的含铁量少于100ppm；S205、将除磁后的人造石墨电极粉料过300目筛网，取筛下物，得到锂离子电池负极材料。4.如权利要求3所述的锂离子电池改性负极材料，其特征在于，步骤(S202)中的人造石墨电极粉的粒度分布为：D50＝11-16μm。5.如权利要求4所述的锂离子电池改性负极材料，其特征在于，步骤(S201)中，将人造石墨电极碎投加到永磁除铁器中，其中，永磁除铁器的磁通量大于8000Gs，人造石墨电极碎的投加速度为10-30kg/min；步骤(S204)中，将人造石墨电极粉料投加到电磁除磁器中，其中，电磁除磁器的磁通量大于30000Gs，...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭锴，张军军，吴国新，郑紫烽，石靖山，庄建龙，
申请(专利权)人：漳州巨铭石墨材料有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35