本发明专利技术提供了一种基于碳杂料的负极材料及其制备方法和锂离子电池。所述制备方法包括：1)将碳杂料、粘结剂、催化剂、表面活性剂和晶种添加剂混合后得到混合料；2)对混合料进行压型，石墨化，得到所述负极材料。本发明专利技术提供的制备方法能够使用碳杂料作为碳源制备负极材料，显著降低了生产成本，且方法简单，不需进行造粒工序，可以大批量生产；采用压型工艺，进一步降低了成本；催化剂的加入可以原位生成碳纳米管，提高电导率；晶种添加剂的加入可以提高材料的石墨化度；表面活性剂可以提升压型成型率，不易开裂，同时减少粘结剂的使用量。同时减少粘结剂的使用量。同时减少粘结剂的使用量。
【技术实现步骤摘要】
一种基于碳杂料的负极材料及其制备方法和锂离子电池
[0001]本专利技术属于储能材料
，涉及一种负极材料及其制备方法和锂离子电池，尤其涉及一种基于碳杂料的负极材料及其制备方法和锂离子电池。
技术介绍
[0002]与传统的铅酸电池、镍镉电池和镍氢电池相比，锂离子电池具有能量密度大、循环寿命长、工作电压高、无记忆效应、自放电小、工作温度范围宽等优点而广泛应用于智能手机、笔记本电脑等电子设备中。近年来由于环保形势越来越严酷，应用在新能源电动汽车等领域的动力电池发展势头强劲，目前动力电池的负极主要为使用针状焦、石油焦等作为原料的人造石墨，但是针状焦，石油焦等原料的价格居高不下，最近几年甚至价格飞涨，这对动力电池的发展提出了严峻的考验。因此，降低原料价格或者找到其他廉价的原料来替代价格高昂的针状焦、石油焦迫在眉睫。
[0003]一般的，碳杂料(石墨碎、石墨接头粉、石墨化电阻料、石墨负极粉碎尾料、石墨坩埚碎)等材料大都为各材料加工后的剩余料或者废料，价格低廉、来源广泛，且大都由针状焦，石油焦等材料制成，因此，使用碳杂料作为原料必将大大降低锂离子电池石墨负极的成本。CN 103346294 A将沥青包覆在人造石墨碎的表面，制得的材料首次效率高，但是整体工艺都为粉体，无论是焙烧还是石墨化的生产效率都很低，而且易造成填充料对物料的污染。
[0004]CN106876709A公开了一种高倍率碳负极材料的制备方法，该方法具体步骤如下：首先将焦类和导电颗粒、碳纳米管、炭黑、乙炔黑中的一种或者多种进行预混，再将混合好的物料与碳类进行一次烧结包覆，将制备好的颗粒进行石墨化处理；石墨化处理后的物料与树脂类材料进行二次包覆；采用溶剂进行表面处理，用离心、沉淀等方法从溶剂中分离出固相颗粒，再进行碳化，制得5-20μm的颗粒，既得到一种高倍率碳负极材料。但是该方法存在着步骤极为繁琐，产业化生产前景欠佳的问题，并且难以用劣质碳材料作为原料制备负极材料。
[0005]CN105633408A公开了高倍率石墨负极材料的制备方法、负极材料和锂离子电池。该方法包括：将碳材料、粘接剂和导电剂混合制备浆料；对浆料进行喷雾干燥造粒或挤压混捏造粒，得到粒度大小为5μm-30μm的颗粒；将颗粒置于回转烧结炉内，在惰性气氛下进行烧结，保温时间为两小时，冷却至室温后得到块状材料；将块状材料打散至颗粒大小为5μm-30μm；使用液体沥青或树脂对打散的材料进行浸泽,再将浸泽后的材料置于回转烧结炉内，在惰性气氛下进行烧结，并将得到的材料再次打散至颗粒大小为5μm-30μm,在3000℃-3300℃进行石墨化处理，即得到高倍率石墨负极材料。该方法虽然可以使用石墨碎作为原料，但是步骤极为繁琐，存在产业化生产前景欠佳的问题，生产效率低。
技术实现思路
[0006]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于碳杂料的负极材料及其制备方法和锂离子电池。本专利技术提供的制备方法使用碳杂料作为碳源，极大地降
低了碳负极的生产成本，且制备方法简单，负极材料产品性能优良。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种基于碳杂料的负极材料制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0009](1)将碳杂料、粘结剂、催化剂、表面活性剂和晶种添加剂混合后得到混合料；
[0010](2)对步骤(1)所述混合料进行压型，石墨化，得到所述负极材料。
[0011]本专利技术提供的制备方法可以利用碳杂料这种价格低廉、来源广泛的碳源制备高质量的石墨负极材料，大幅度降低碳负极材料的生产成本，且生产效果非常高，方法简单，易于规模化连续生产。
[0012]本专利技术提供的制备方法中，步骤(1)中加入的催化剂、表面活性剂和晶种添加剂是与碳杂料以及粘结剂相互配合，共同提升制备方法的生产效率和产品性能的。具体来讲，催化剂可以催化材料石墨化、生成碳纳米管，提高电导率，有助于提高倍率性能；表面活性剂的亲水基可以与粘结剂(沥青或树脂)中的-OH等基团结合，亲油基团可以与石墨碎表面的C原子结合，使粉体粘结剂与主料碳杂料充分结合，可以提升压型效果，不易开裂；不添加表面活性剂的混合料压型后成型率约95％，添加表面活性剂后成型率达到100％，无开裂情况；同时添加表面活性剂可以减少粘结剂的使用量，起到助粘剂的作用；晶种添加剂可以提高材料的石墨化度进而提高容量和效率。
[0013]以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
[0014]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述碳杂料包括石墨碎、石墨接头粉、石墨化电阻料、石墨负极粉碎尾料或石墨坩埚碎中的任意一种或至少两种的组合。典型但是非限制性的组合有：石墨碎和石墨接头粉的组合，石墨化电阻料和石墨负极粉碎尾料的组合，石墨负极粉碎尾料和石墨坩埚碎的组合等。
[0015]优选地，步骤(1)所述碳杂料在使用前先粉碎至D50为5-15μm，例如5μm、7μm、10μm、12μm或15μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]优选地，步骤(1)所述粘结剂包括树脂和/或沥青。所述树脂包括但不限于水溶性树脂和/或醇溶性树脂。
[0017]优选地，所述沥青包括改质沥青和/或特高温沥青。所述特高温沥青是指软化点高于150℃的沥青。
[0018]优选地，所述改质沥青的软化点为110-130℃，例如110℃、115℃、120℃、125℃或130℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019]优选地，所述特高温沥青的软化点为150-280℃，例如150℃、180℃、200℃、250℃或280℃等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0020]优选地，步骤(1)所述粘结剂为沥青时，所述沥青在使用前先粉碎至D50为4-8μm，例如4μm、4.5μm、5μm、5.5μm、6μm、7μm或8μm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]作为本专利技术优选的技术方案，步骤(1)所述催化剂为金属盐。
[0022]优选地，所述金属盐中的金属元素包括镍、铁、钴或铜中的任意一种或至少两种的组合，典型但是非限制性的组合有：镍和铁的组合，镍和钴的组合，钴和铜的组合等。采用上
述种类的金属可以明显促进原位生成碳纳米管，更加显著地提升电导率。
[0023]优选地，所述金属盐中的酸根包括乙酸根、硝酸根或草酸根中的任意一种或至少两种的组合。
[0024]优选地，步骤(1)所述表面活性剂包括油酸、油胺、亚油酸或十二烷基糖苷中的任意一种或至少两种的组合。典型但是非限制性的组合有：油酸和油胺的组合，油胺和亚油酸的组合，亚油酸和十二烷基糖苷的组合等。
[0025]优选地，步骤(1)所述晶种添加剂包括鳞片石墨、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于碳杂料的负极材料制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将碳杂料、粘结剂、催化剂、表面活性剂和晶种添加剂混合后得到混合料；(2)对步骤(1)所述混合料进行压型，石墨化，得到所述负极材料。2.根据权利要求1所述基于碳杂料的负极材料制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碳杂料包括石墨碎、石墨接头粉、石墨化电阻料、石墨负极粉碎尾料或石墨坩埚碎中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述碳杂料在使用前先粉碎至D50为5-15μm；优选地，步骤(1)所述粘结剂包括树脂和/或沥青；优选地，所述沥青包括改质沥青和/或特高温沥青；优选地，所述改质沥青的软化点为110-130℃；优选地，所述特高温沥青的软化点为150-280℃；优选地，步骤(1)所述粘结剂为沥青时，所述沥青在使用前先粉碎至D50为4-8μm。3.根据权利要求1或2所述基于碳杂料的负极材料制备方法，其特征在于，步骤(1)所述催化剂为金属盐；优选地，所述金属盐中的金属元素包括镍、铁、钴或铜中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述金属盐中的酸根包括乙酸根、硝酸根或草酸根中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述表面活性剂包括油酸、油胺、亚油酸或十二烷基糖苷中的任意一种或至少两种的组合；优选地，步骤(1)所述晶种添加剂包括鳞片石墨、人造石墨或导电石墨中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述人造石墨为人造石墨粉末。4.根据权利要求1-3任一项所述基于碳杂料的负极材料制备方法，其特征在于，步骤(1)所述碳杂料、粘结剂、催化剂、表面活性剂和晶种添加剂的质量比为(60-80):(15-30):(0.5-5):(0.5-5):(0.5-5)。5.根据权利要求1-4任一项所述负极材料制备方法，其特征在于，步骤(2)所述压型将混合料压制成球状颗粒；优选地，所述球状颗粒的粒径为0.5-5cm；优选地，用压球机进行步骤(2)所述压型。6.根据权利要求1-5任一项所述基于碳杂料的负极材料制备方法...
【专利技术属性】
技术研发人员：王晓菲，李子坤，杨书展，任建国，贺雪琴，
申请(专利权)人：贝特瑞新材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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