一种改性沥青包覆微晶石墨负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂电池负极材料技术领域，具体涉及一种改性沥青包覆微晶石墨负极材料及其制备方法，该制备方法先将微晶石墨加热处理并与粘结剂混合粉碎，然后浸泡在酸液中处理，将晾干后的微晶石墨用酚醛树脂包覆，再用改性沥青包覆，最后进行碳化、石墨化得到改性沥青包覆微晶石墨负极材料。本发明专利技术改性沥青包覆微晶石墨负极材料，经两次除杂、两次包覆、两次碳化后，得到的负极材料比容量高，循环性可靠，导电性能、倍率性能好，充放电效率高。充放电效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种改性沥青包覆微晶石墨负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂电池负极材料
，具体涉及一种改性沥青包覆微晶石墨负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]负极材料主要选择电势尽可能地接近金属锂、比能量高、充放电可逆性强、与电解液兼容性好、比表面积低(<10m2/g)、真密度高(2.0g/m3)、嵌锂过程中尺寸与机械稳定性好、价格低廉等的材料。一般可分为炭基和非炭基两类，炭系材料一般具有层状结构，可以作为锂离子的进出管道，同时也可作为锂离子的储存空间，但是容易受到炭系材料的结构构造，组织构造和形态的影响，而出现许多电化学上的问题。
[0003]炭材料包括石墨、焦炭、碳黑等，而石墨有可分为天然石墨和人工石墨。天然微晶石墨又叫无定型石墨、隐晶石墨，是我国的优质石墨资源，但未经提纯的微晶石墨颗粒中镶嵌着较多的杂质矿物，经过提纯处理除去这些杂质后会在微晶石墨颗粒内部留下大量空隙和孔洞，而这些空隙和孔洞会使得提纯后的微晶石墨振实密度较低、比表面积偏大，直接用作锂离子电池负极材料时存在不可逆容量高、首次库伦效率低等严重影响电池性能的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种改性沥青包覆微晶石墨负极材料及其制备方法，该改性沥青包覆微晶石墨负极材料，通过两次除杂、两次包覆后，微晶石墨含量高，空隙和孔洞被填充，提高了振实密度，降低了比表面积，得到的负极材料比容量高，循环性可靠，导电性能、倍率性能好，充放电效率高。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供一种改性沥青包覆微晶石墨负极材料的制备方法，包括以下具体步骤：
[0006]S1.在惰性气体保护下，将微晶石墨转入400
‑
500℃反应釜加热1
‑
2h，然后加入粘结剂混合均匀后进行粉碎：
[0007]S2.将S1中粉碎后的微晶石墨用酸液浸泡并搅拌处理1
‑
2h，然后取出用水冲洗1
‑
2遍，晾干：
[0008]S3.将S2处理后的微晶石墨加入到反应器中，加入溶于溶剂中的酚醛树脂溶液搅拌均匀，然后在负0.05
‑
0.1MPa、135
‑
150℃条件下处理至溶剂挥发，得到包覆酚醛树脂的微晶石墨材料：
[0009]S4.将S3得到的材料与改性沥青混合，在压力为10
‑
25MPa、160
‑
180℃条件下搅拌混合1
‑
2h，得到包覆有改性沥青的材料；
[0010]S5.在惰性气体保护下，将S4中所得包覆有改性沥青的材料先进行碳化处理，然后再进行石墨化处理，得到改性沥青包覆微晶石墨负极材料。
[0011]本技术方案中先对微晶石墨经中高温处理，可有效去除其中部分杂质，同时加入
粘结剂后进行粉碎，可以防止微晶石墨破碎过细而浪费，以及比表面积过大，使用粘结剂可控制其粒度；使用酸液浸泡可再次去除微晶石墨的杂质，提高微晶石墨的纯度；通过在微晶石墨的空隙及表面包覆一层酚醛树脂，后续经碳化、石墨化后，形成一层无定型致密碳层，能有效提高锂离子的迁移速度，提高了充放电效率；通过在微晶石墨的空隙及表面再次包覆一层改性沥青，可在微晶石墨表面再次包覆一层疏松碳层，可进一步增加储液量，提高比容量。
[0012]进一步地，上述技术方案中，S1中，所述粘结剂为液体沥青，加入量为所述微晶石墨总量的1
‑
5％。
[0013]进一步地，上述技术方案中，S1中，所述微晶石墨粉碎后的粒径为4
‑
6μm。本技术方案中通过控制微晶石墨的粒径，可有效控制其比表面积及利用率。
[0014]进一步地，上述技术方案中，S2中，所述微晶石墨和酸液的固液体积比为1:1
‑
2，搅拌速速为150
‑
200rpm；所述酸液为硝酸、硫酸、盐酸中的一种或几种。
[0015]进一步地，上述技术方案中，S3中，所述酚醛树脂的加入量为所述微晶石墨总量的15
‑
20％；所述溶剂为甲醇、乙醇、甘醇中的任一种。
[0016]进一步地，上述技术方案中，所述改性沥青的制备方法包括：
[0017]将沥青和高分子聚合物分别粉碎，然后按比例加入到球磨机内，以300
‑
500rpm的速度球磨4
‑
6h，得到混合物，然后加热至熔融状态，剪切搅拌，冷却后粉碎，得到改性沥青。
[0018]进一步地，上述技术方案中，所述沥青和高分子聚合物的质量比为15
‑
20:0.5
‑
1；所述高分子聚合物为聚苯胺或聚噻吩。
[0019]本技术方案中沥青为普通固体沥青，通过引入聚苯胺、聚噻吩导电聚合物，利用其导电性及电化学性能，可提高碳层的导电性，提高锂离子的迁移速度，同时由于部分高分子聚合物在石墨化温度下挥发，形成具有一定的碳微孔的碳层，提高嵌锂速度和储量，改善电池的倍率性能，提高使用寿命。
[0020]进一步地，上述技术方案中，所S4中，所述改性沥青的添加量为所述微晶石墨总量的20
‑
30％。
[0021]进一步地，上述技术方案中，S5中，所述碳化温度为600
‑
700℃，所述石墨化温度为2500
‑
2800℃。
[0022]本专利技术还提供一种由上述的制备方法制得的改性沥青包覆微晶石墨负极材料。
[0023]本专利技术具有的有益效果是：
[0024]1.本专利技术改性沥青包覆微晶石墨负极材料，先用中高温处理去除微晶石墨中的部分杂质，然后用粘结剂混合后再进行粉碎，可有效防止微晶石墨粉碎过细而比表面积过大以及造成浪费；通过酸液浸泡可再次去除微晶石墨的杂质，提高微晶石墨的纯度，使用两次除杂，对微晶石墨原料的纯度要求不高，可降低生产成本。
[0025]2.本专利技术通过在微晶石墨的空隙及表面包覆酚醛树脂和改性沥青后，再经碳化、石墨化，可先形成一层无定型致密碳层和一层疏松碳层，能有效提高锂离子的迁移速度，提高了充放电效率和比容量。
[0026]3.本专利技术制备方法工艺可靠，通过两次除杂、两次包覆后，微晶石墨含量高，空隙和孔洞被填充，提高了振实密度，降低了比表面积，得到的负极材料比容量高，循环性可靠，导电性能、倍率性能好，充放电效率高，使用寿命长。
具体实施方式
[0027]下述实施例中的实验方法，如无特别说明，均为常规方法。下述实施例涉及的原料若无特别说明，均为普通市售品，皆可通过市场购买获得。
[0028]下面结合实施例对本专利技术作进一步详细描述：
[0029]实施例1
[0030]一种改性沥青包覆微晶石墨负极材料的制备方法，包括以下具体步骤：
[0031]S1.在惰性气体保护下，将100重量份微晶石墨原料转入400℃反应釜加热2h，然后加入1重量份的液体沥青，混合均匀后，粉碎至整体粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性沥青包覆微晶石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：S1.在惰性气体保护下，将微晶石墨转入400
‑
500℃反应釜加热1
‑
2h，然后加入粘结剂混合均匀后进行粉碎：S2.将S1中粉碎后的微晶石墨用酸液浸泡并搅拌处理1
‑
2h，然后取出用水冲洗1
‑
2遍，晾干：S3.将S2处理后的微晶石墨加入到反应器中，加入溶于溶剂中的酚醛树脂溶液搅拌均匀，然后在负0.05
‑
0.1MPa、135
‑
150℃条件下处理至溶剂挥发，得到包覆酚醛树脂的微晶石墨材料：S4.将S3得到的材料与改性沥青混合，在压力为10
‑
25MPa、160
‑
180℃条件下搅拌混合1
‑
2h，得到包覆有改性沥青的材料；S5.在惰性气体保护下，将S4中所得包覆有改性沥青的材料先进行碳化处理，然后再进行石墨化处理，得到改性沥青包覆微晶石墨负极材料。2.根据权利要求1所述的一种改性沥青包覆微晶石墨负极材料的制备方法，其特征在于，S1中，所述粘结剂为液体沥青，加入量为所述微晶石墨总量的1
‑
5％。3.根据权利要求1所述的一种改性沥青包覆微晶石墨负极材料的制备方法，其特征在于，S1中，所述微晶石墨粉碎后的粒径为4
‑
6μm。4.根据权利要求1所述的一种改性沥青包覆微晶石墨负极材料的制备方法，其特征在于，S2中，所述微晶石墨和酸液的固液体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩峰，张春梅，王剑秋，
申请(专利权)人：赣州市瑞富特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：