掺硫硬碳包覆石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术涉及电池材料技术领域，具体涉及一种掺硫硬碳包覆石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池，具有以下质量分的组分：木质素磺酸钠3～5份，去离子水25～45份，石墨50～70份。该材料制成负极极片之后，和隔膜、正极片经过卷绕的方式组装成电芯，再经过顶封、注液、静置、化成、整形等工序，制备得到锂离子电池。本发明专利技术使用造纸黑液制造的木质素磺酸钠作为包覆剂，经济价值高；木质素磺酸钠易溶于水，能够避免使用乳化剂或有机溶剂，降低生产成本；可以通过改变木质素磺酸钠的浓度灵活调节包覆液的粘度以改善颗粒团聚问题；木质素磺酸钠在热解过程中会形成硫掺杂硬碳，能够进一步提升石墨负极材料的倍率性能。石墨负极材料的倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
掺硫硬碳包覆石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及电池材料
，具体涉及一种掺硫硬碳包覆石墨负极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在新能源发展中，锂离子电池因其工作电压高、能量密度大、循环寿命长等优点得到广泛的应用。而石墨具有脱嵌锂电位低、导电性好、价格低廉等优点，被广泛用作锂离子电池负极材料。但石墨作为负极材料在使用时仍存在很多问题，比如容易发生溶剂分子共嵌入使得石墨片层剥离而导致循环性能差，以及取向性差且层间距小导致大电流工况下容易析锂。
[0003]针对石墨负极材料存在的问题，经常需要对其进行改性处理以提升性能。常规的改性方法包括表面处理、表面包覆、元素掺杂等。其中表面包覆包括无定形碳包覆，金属或非金属及其氧化物包覆等，而无定形碳又包括软碳和硬碳，通过硬碳包覆形成核壳结构，能够阻止石墨负极与溶剂直接接触以提升其循环稳定性，而且硬碳因为层间距大、各项同性度高，锂离子的扩散速度更快，能够有效改善石墨负极的倍率性能。而杂原子掺杂可以改变碳的电子结构和表面性质,其中硫原子的电负性虽然与碳原子相差不大，但硫原子含有孤对电子,可提高碳材料的化学反应活性；此外,具有较大半径的硫原子掺杂有助于增大碳材料的层间距，有利于Li+的传输，提升碳材料的倍率性能。
[0004]中国专利CN113437278A公开了一种石墨负极材料及其制备方法和应用。该方法采用机械力的作用在石墨颗粒表面并固化形成热固性树脂，制得硬碳包覆均匀、完整的石墨负极材料，但依然会存在明显的团聚现象和比表大的问题，对石墨负极材料的循环性能和倍率性能提升相对有限。
[0005]中国专利CN112531168A公开了一种液相包覆改性制备锂离子电池负极材料的方法，采用沥青为包覆剂，通过有机溶剂将沥青充分溶解，利用真空液相包覆技术进行石墨粉体的包覆改性，通过离心分离、流化床干燥和炭化技术，制备成粒度均匀、性能优异的锂离子电池用负极材料。但材料制备工艺相对繁琐、需要使用有机溶剂对包覆剂进行分散，且对石墨负极材料的倍率性能提升有限。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种掺硫硬碳包覆石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池。
[0007]实现本专利技术目的的技术方案是：一种掺硫硬碳包覆石墨负极材料，具有以下质量分的组分：木质素磺酸钠3～5份，去离子水25～45份，石墨50～70份。
[0008]上述技术方案所述木质素磺酸钠为工业造纸黑液提纯制造生产，纯度≥97％。
[0009]上述技术方案所述去离子水电阻值在1～18MΩ。
[0010]上述技术方案所述石墨为人造石墨或者天然石墨中的一种。
[0011]上述技术方案所述石墨粒径D50:10.0～14.0μm。
[0012]上述技术方案所述石墨比表1.0～2.0m2/g。
[0013]一种掺硫硬碳包覆石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]步骤一，将木质素磺酸钠溶于去离子水形成包覆液；
[0015]步骤二，将石墨均匀分散在包覆液中并进行喷雾干燥形成包覆半成品；
[0016]步骤三，将包覆半成品进行高温碳化合成掺硫硬碳包覆的石墨负极材料。
[0017]上述技术方案步骤二中，所述喷雾干燥的温度为150～200℃。
[0018]上述技术方案步骤三中，所述高温碳化的温度为900～1200℃。
[0019]一种使用掺硫硬碳包覆石墨负极材料的锂离子电池，所述掺硫硬碳包覆石墨负极材料作为活性物质制得负极极片之后，和隔膜、正极片经过卷绕的方式组装成电芯，再经过顶封、注液、静置、化成、整形等工序，制备得到锂离子电池
[0020]采用上述技术方案后，本专利技术具有以下积极的效果：
[0021]本专利技术使用造纸黑液制造的木质素磺酸钠作为包覆剂，经济价值高；木质素磺酸钠易溶于水，能够避免使用乳化剂或有机溶剂，降低生产成本；可以通过改变木质素磺酸钠的浓度灵活调节包覆液的粘度以改善颗粒团聚问题；木质素磺酸钠在热解过程中会形成硫掺杂硬碳，能够进一步提升石墨负极材料的倍率性能。
具体实施方式
[0022]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0023]本专利技术提供一种掺硫硬碳包覆石墨负极材料，具有以下质量分的组分：木质素磺酸钠3～5份，去离子水25～45份，石墨50～70份。
[0024]所述木质素磺酸钠为工业造纸黑液提纯制造生产，纯度≥97％。
[0025]所述去离子水电阻值在1～18MΩ。
[0026]所述石墨为人造石墨或者天然石墨中的一种。
[0027]所述石墨粒径D50:10.0～14.0μm。
[0028]所述石墨比表1.0～2.0m2/g。
[0029]一种掺硫硬碳包覆石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0030]步骤一，将木质素磺酸钠溶于去离子水形成包覆液；
[0031]步骤二，将石墨均匀分散在包覆液中并进行喷雾干燥形成包覆半成品；
[0032]步骤三，将包覆半成品进行高温碳化合成掺硫硬碳包覆的石墨负极材料。
[0033]步骤二中，所述喷雾干燥的温度为150～200℃。
[0034]步骤三中，所述高温碳化的温度为900～1200℃。
[0035]一种使用掺硫硬碳包覆石墨负极材料的锂离子电池，所述掺硫硬碳包覆石墨负极材料作为活性物质制得负极极片之后，和隔膜、正极片经过卷绕的方式组装成电芯，再经过顶封、注液、静置、化成、整形等工序，制备得到锂离子电池。
[0036]实施例1
[0037]选用纯度为98％的木质素磺酸钠、电阻值为2MΩ的去离子水、D50＝12μm且SSA＝
1.5m2/g的人造石墨为原料，将木质素磺酸钠和去离子水按照3:25混匀形成包覆液，之后将石墨负极分散在包覆液中，石墨负极和包覆液的质量比为50:28，之后在160℃进行喷雾干燥得到包覆半成品，最后将包覆半成品在1000℃高温炭化炉中进行热处理得到掺硫硬碳包覆石墨负极材料。将得到的掺硫硬碳包覆的石墨负极材料作为活性物质制得负极极片之后和隔膜、正极片经过卷绕的方式组装成电芯(标称容量2Ah)，再经过顶封、注液、静置、化成、整形等工序，制备得到锂离子电池。
[0038]实施例2
[0039]选用纯度为98％的木质素磺酸钠、电阻值为2MΩ的去离子水、D50＝11μm且SSA＝1.6m2/g的人造石墨为原料，将木质素磺酸钠和去离子水按照3.5:25混匀形成包覆液，之后将石墨负极分散在包覆液中，石墨负极和包覆液的质量比为50:28.5，之后在160℃进行喷雾干燥得到包覆半成品，最后将包覆半成品在1000℃高温炭化炉中进行热处理得到掺硫硬碳包覆石墨负极材料。将得到的掺硫硬碳包覆的石墨负极材料作为活性物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺硫硬碳包覆石墨负极材料，其特征在于，具有以下质量分的组分：木质素磺酸钠3～5份，去离子水25～45份，石墨50～70份。2.根据权利要求1所述的一种掺硫硬碳包覆石墨负极材料，其特征在于：所述木质素磺酸钠为工业造纸黑液提纯制造生产，纯度≥97%。3.根据权利要求1所述的一种掺硫硬碳包覆石墨负极材料，其特征在于：所述去离子水电阻值在1～18 MΩ。4.根据权利要求1所述的一种掺硫硬碳包覆石墨负极材料，其特征在于：所述石墨为人造石墨或者天然石墨中的一种。5.根据权利要求4所述的一种掺硫硬碳包覆石墨负极材料，其特征在于：所述石墨粒径D50:10.0～14.0μm。6.根据权利要求4所述的一种掺硫硬碳包覆石墨负极材料，其特征在于：所述石墨比表1.0～2.0 m2/g。7.一种如权利要求1～6任一所述的掺硫硬碳包覆石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：严康，蒋治亿，卢林，
申请(专利权)人：江苏天合储能有限公司，
类型：发明
国别省市：