一种锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极材料，由人造石墨电极碎经除铁、粉碎、球形化、分级、除磁和过筛后制得，其粒度分布为：D10＝5‑10μm、D50＝10‑30μm、D90＝30‑50μm。相应地，本发明专利技术还提供了一种锂离子电池负极材料及其制备方法。本发明专利技术的制备方法简单、成本低廉。

A Lithium Ion Battery Anode Material and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极材料及其制备方法
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负极材料及其制备方法。
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负极材料，采用人造石墨电极碎粉碎作为原料，成本低。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负极材料的制备方法，采用人造石墨电极碎作为原料，制备方法简单、成本低廉。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种锂离子电池负极材料，由人造石墨电极碎经除铁、粉碎、球形化、分级、除磁和过筛后制得，其粒度分布为：D10＝5-10μm、D50＝10-30μm、D90＝30-50μm。作为上述方案的改进，其粒度分布为：D10＝6-10μm、D50＝15-20μm、D90＝30-36μm。作为上述方案的改进，其振实密度为0.8-0.9g/cm3，比表面积为6±0.5m2/g。作为上述方案的改进，其含铁量少于100ppm。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制备方法，包括以下步骤：S1、将人造石墨电极碎投加到除铁器中，进行除铁；S2、将除铁后的人造石墨电极碎粉碎，得到人造石墨电极粉；S3、将人造石墨电极粉球形化、分级，得到人造石墨电极粉料；S4、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；S5、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(S2)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(1)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。作为上述方案的改进，步骤(1)中，永磁除铁器的磁通量为8000-13000Gs。作为上述方案的改进，步骤(4)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，步骤(4)中，电磁除磁器的磁通量为30000-32000Gs。实施本专利技术，具有如下有益效果：本专利技术提供的一种锂离子电池负极材料，由人造石墨电极碎经除铁、粉碎、球形化、分级、除磁和过筛后制得，其粒度分布为：D10＝5-10μm、D50＝10-30μm、D90＝30-50μm。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料，有效降低锂离子电池的成本。此外，本专利技术对锂离子电池负极材料的粒度进行分级，使得其粒度分布在一定的范围，以提高锂离子电池的首次可逆比容量、首次充放电效率和循环300周后的可逆容量、压实密度。本专利技术的锂离子电池负极材料的电化学性能优异，采用本专利技术锂离子负极材料制备所得的锂离子电池，首次可逆比容量达到352mAh/g，首次充放电效率达91.5％以上，循环300周可逆容量仍能保持280mAh/g，压实密度达1.60-1.65g/cm3。此外，本专利技术提供的锂离子电池负极材料的制备方法，直接将锂离子电池负极材料进行除铁、粉碎、球形化、分级、除磁和过筛，不需要原料煅烧、石墨化等工艺，本专利技术制备方法简单，成分低廉，环保。进一步地，本专利技术采用人造石墨电极碎作为原料，杂质少、性能稳定。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负极材料，由人造石墨电极碎经除铁、粉碎、球形化、分级、除磁和过筛后制得，其粒度分布为：D10＝5-10μm、D50＝10-30μm、D90＝30-50μm。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备负极材料，不仅可以废物利用、降低成本，还可以减少污染物的排放、保护环境，具有较好的社会效益，而且可以促进炭素行业和锂离子电池行业的共赢。现有技术采购的针状焦原材料价格普遍15k元/吨以上，而本专利技术所采购的是炭素行业人造石墨电极生产过程中的废料，价格普遍10k元/吨以下。需要说明的是，在本专利技术的锂离子电池负极材料的制备过程中，人造石墨电极粉料的粒度分布，振实密度大小、比表面积大小，都会对所制得的锂离子电池负极材料的结构、形貌、粉末压实密度产生很大影响，从而影响其首次充放电效率、压实密度。其中，本专利技术锂离子电池负极材料的粒度分布为：直径小于5-10微米的颗粒占10％，直径小于10-30微米的颗粒占50％，直径小于30-50微米的占90％。优选的，锂离子电池负极材料的粒度分布为：D10＝6-10μm、D50＝15-20μm、D90＝30-36μm。若锂离子电池负极材料的粒度分布超出上述范围，即占10％的颗粒的粒径超出10微米，占50％的颗粒的粒径超出30微米，占90％的颗粒的粒径超出50微米，则锂离子电池的首次可逆比容量、首次充放电效率、压实密度会降低，循环300周后的可逆容量也会下降。优选的，锂离子电池负极材料的振实密度为0.8-0.9g本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极材料，其特征在于，由人造石墨电极碎经除铁、粉碎、球形化、分级、除磁和过筛后制得，其粒度分布为：D10＝5‑10μm、D50＝10‑30μm、D90＝30‑50μm。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极材料，其特征在于，由人造石墨电极碎经除铁、粉碎、球形化、分级、除磁和过筛后制得，其粒度分布为：D10＝5-10μm、D50＝10-30μm、D90＝30-50μm。2.如权利要求1所述的锂离子电池负极材料，其特征在于，其粒度分布为：D10＝6-10μm、D50＝15-20μm、D90＝30-36μm。3.如权利要求2所述的锂离子电池负极材料，其特征在于，其振实密度为0.8-0.9g/cm3，比表面积为6±0.5m2/g。4.如权利要求1所述的锂离子电池负极材料，其特征在于，其含铁量少于100ppm。5.一种如权利要求1-4任一项所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将人造石墨电极碎投加到除铁器中，进行除铁；S2、将除铁后的人造石墨电极碎粉碎，得到人造石墨电极粉；S3、将人造石墨电极粉球形化、分级，得到人造石墨电极粉料；S4、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；S5、...

【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