负极材料及其制备方法、电极片和电池技术

本发明专利技术涉及一种负极材料及其制备方法、电极片和电池。该负极材料的制备方法，包括以下步骤：将粘和剂液态化，得到粘合液，粘合剂选自沥青、焦油及酚醛树脂中的至少一种；将鳞片石墨加热至与粘合剂的液态化温度相同后与粘合液混合，得到混合物；将混合物球形化，得到球形颗粒；将球形颗粒与包覆剂混合，得到包覆物，包覆剂选自沥青、焦油及酚醛树脂中的至少一种；及将包覆物在900℃～2500℃条件下加热处理1h～10h，得到负极材料。上述负极材料的制备方法成本低、操作简便且环保。

Negative electrode material and its preparation method, electrode piece and battery

【技术实现步骤摘要】
负极材料及其制备方法、电极片和电池
本专利技术涉及电池材料
，特别是涉及一种负极材料及其制备方法、电极片和电池。
技术介绍
天然石墨结晶程度高，作为锂离子电池负极材料具有很高的容量(接近石墨理论容量372mAh/g)。与人造石墨相比，天然石墨由于其不需要人工石墨化，因而成本低，且品质更稳定。天然鳞片石墨为层状结构呈各向异性，且天然鳞片石墨微粉的松装密度和振实密度太低，导致制备浆料和涂布困难，所以不利电池极片的制备。因此目前应用于锂离子电池的天然石墨大多是球形化的鳞片石墨。其中，天然石墨的球形化工艺如下：首先把天然鳞片石墨粉粉碎成适宜的粒度，然后再进行去棱角化的加工处理，使之最终形成椭球形或类球形的外形，同时利用分级装置将球形颗粒与去棱角化过程中剥离下来的细粉分离开来，便可得到正态分布的球形石墨。在球形化过程中，鳞片石墨发生塑性变形，弯曲叠合的鳞片石墨之间的作用力为较弱的范德华力或物理咬合力，内部往往存在大量缝隙，即在球形石墨内部形成内表面。因此通常通过包覆以将球形石墨内部的缝隙掩盖，同时通过包覆使得球形化后的石墨结构得以强化。但是，经过球形化和包覆的改性球形石墨应用于锂离子电池时，随着电池循环次数的增加，包覆层由于不断充放电容易发生破裂，随之电解液便会渗入到球形石墨内部缝隙，与球形石墨的内表面不断发生副反应，生产气体，破坏材料结构，劣化电池性能。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种负极材料的制备方法，以该方法制备的负极材料能够提升电池的首次库伦效率、倍率性能和循环性能，并且该方法简便、制备成本低的。一种负极材料的制备方法，包括以下步骤：将粘和剂液态化，得到粘合液，所述粘合剂选自沥青、焦油及酚醛树脂中的至少一种；将鳞片石墨加热至与所述粘合剂的液态化温度相同后与所述粘合液混合，得到混合物；将所述混合物球形化，得到球形颗粒；将所述球形颗粒与包覆剂混合，得到包覆物，所述包覆剂选自沥青、焦油及酚醛树脂中的至少一种；及将所述包覆物在900℃～2500℃条件下加热处理1h～10h，得到负极材料。上述负极材料的制备方法通过将液态化的粘合剂与鳞片石墨混合后进行球形化，使得球形化后的石墨内部被粘合剂填充而形成内部缝隙更小或更少的球形颗粒，实现球形化后的石墨致密化。一方面，该方法通过常规球形化设备和常规加热设备即可完成，无需投入成本高的高温高压设备，例如等静压机，生产成本低，安全性高。另一方面，上述负极材料的制备方法在球形化后也无需进行破碎处理，精简了制备步骤及制备成本。此外，上述负极材料的制备方法无需有机溶剂，降低成本的同时对环境友好。在其中一个实施例中，所述包覆剂为粉末状的沥青，所述沥青的中位粒径为1μm～5μm。在其中一个实施例中，所述粘合剂为沥青，所述沥青的液态化温度为50℃～300℃。在其中一个实施例中，所述鳞片石墨的中位粒径为10μm～60μm。在其中一个实施例中，所述球形颗粒与所述包覆剂的质量之比为99:1～95:5。在其中一个实施例中，所述鳞片石墨与所述粘合液的质量之比为99:1～85:15。在其中一个实施例中，所述将所述包覆物在900℃～2500℃条件下加热处理1h～10h的步骤在惰性气氛下进行。上述负极材料的制备方法制得的负极材料。一种电极片，包括上述负极材料。一种锂电池，包括上述电极片。附图说明图1为实施例4的球形颗粒的剖面图；图2为实施例4的球形颗粒的微观形貌图；图3为对比例4的球形颗粒的剖面图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的部分实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本专利技术公开内容更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。一实施方式的负极材料的制备方法，包括步骤S110～步骤S150。具体地：步骤S110、将粘和剂液态化，得到粘合液，粘合剂选自沥青、焦油及酚醛树脂中的至少一种。粘合剂一方面能够填补经球形化的鳞片石墨之间的孔隙，以在石墨外部的包覆层脱落后，作为阻挡层阻止电解液与石墨内部的直接接触，进而避免石墨与电解液发生副反应而使得石墨结构破坏；二方面粘合剂在后续过程经炭化后形成结晶度较低的石墨产物，更利于锂离子的嵌入与脱嵌，进而提高锂电池的倍率性能；三方面粘合剂在高温处理后形成较低结晶度的石墨，与孔隙两侧的鳞片石墨形成碳-碳键，使球形石墨的结构更稳定。进一步地，粘合剂的残炭率为30％～80％，越高越好。优选地，粘合剂的残炭率为50％～70％。需要说明的是，粘合剂的残炭率是指粘合剂在900℃～2500℃条件下炭化处理1h～10h后，残留下来的物质重量与粘合剂初始重量的百分比。将粘合剂液态化是为了粘合剂与鳞片石墨能够混合更均匀。优选地，粘合剂的液态化温度为50℃～300℃。需要说明的是，将粘合剂态化是指将粘合剂由其他形态转变为液态，例如将固态的粘合剂转变为液态。在其中一个实施例中，粘合剂为沥青与焦油的混合物。优选地，粘合剂为沥青。进一步地，粘合剂为液态化温度为50℃～300℃的沥青。步骤S120、将鳞片石墨加热至与粘合剂的液态化温度相同后与粘合液混合，得到混合物。将鳞片石墨加热至与沥青液态化温度一致后再将二者进行混合，能够使沥青均匀包覆在鳞片石墨表面，在球形化过程中液态化的沥青跟随鳞片石墨弯曲叠合，并保留在球形化后的石墨内部，填充鳞片石墨之间的缝隙。鳞片石墨的中位粒径为10μm～60μm。采用中位粒径为10μm～60μm的鳞片石墨能够确保经整形后其粒径能直接达到实用要求，进而避免在炭化结束后还需要进一步破碎和分级处理等操作，因而也避免了破碎对包覆后的石墨的表面的二次伤害，进而更利于提高包覆后的石墨作为负极材料的电池的首次效率和循环性能。优选地，鳞片石墨的中位粒径为10μm～35μm。在其中一个实施例中，还包括由天然石墨制备中位粒径为10μm～60μm的鳞片石墨的步骤。具体地，将天然石墨经机械冲击式超细粉磨机粉碎后经气流分级，得到中位粒径为10μm～60μm的鳞片石墨。需要说明的是，此处的天然石墨可以是粒径较大的鳞片石墨，也可以是其他天然石墨，只要能够制备得到中位粒径为10μm～60μm的鳞片石墨即可。鳞片石墨与粘合液的质量之比为99:1～85:15。在鳞片石墨与粘合液的质量之比为99:1～85:15时，粘合液能够均匀地粘合在鳞片石墨的表面，也便于后续球形化过程中粘合剂能够包含在球形石墨的内部。进一步地，鳞片石墨与粘合液的质量之比为97:3～88:12。优选地，鳞片石墨与粘合液的质量之比为90:10～85:15。在其中一个实施例中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将粘和剂液态化，得到粘合液，所述粘合剂选自沥青、焦油及酚醛树脂中的至少一种；/n将鳞片石墨加热至与所述粘合剂的液态化温度相同后与所述粘合液混合，得到混合物；/n将所述混合物球形化，得到球形颗粒；/n将所述球形颗粒与包覆剂混合，得到包覆物，所述包覆剂选自沥青、焦油及酚醛树脂中的至少一种；及/n将所述包覆物在900℃～2500℃条件下加热处理1h～10h，得到负极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将粘和剂液态化，得到粘合液，所述粘合剂选自沥青、焦油及酚醛树脂中的至少一种；
将鳞片石墨加热至与所述粘合剂的液态化温度相同后与所述粘合液混合，得到混合物；
将所述混合物球形化，得到球形颗粒；
将所述球形颗粒与包覆剂混合，得到包覆物，所述包覆剂选自沥青、焦油及酚醛树脂中的至少一种；及
将所述包覆物在900℃～2500℃条件下加热处理1h～10h，得到负极材料。


2.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述包覆剂为粉末状的沥青，所述沥青的中位粒径为1μm～5μm。


3.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述粘合剂为沥青，所述沥青的液态化温度为50℃～300℃。


4.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋勇明，吴泽轶，吴云胜，胡晓东，王少鹏，操世鑫，袁长斌，石九菊，何晓云，
申请(专利权)人：深圳市金润能源材料有限公司，四川金泰能新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44