一种石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术属于二次电池技术领域，具体涉及一种石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池

【技术实现步骤摘要】
一种石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池


[0001]本专利技术属于二次电池
，具体涉及一种石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池
。

技术介绍

[0002]由于成本低
、
热稳定性好等特点，锂离子电池用石墨类负极材料目前一段时期内仍将是市场主流负极材料
。
在石墨负极材料生产过程中，需要将石油焦
/
针状焦前驱体物料在石墨化炉中进行石墨化高温处理，石墨化温度最高能达到
3000℃
左右，使得原料中的碳元素在高温下转化成层状的石墨结构
。
经高温石墨化热处理后的负极材料具有容量大
、
循环寿命长
、
性能稳定等显著优势，属于锂离子电池中的高端负极材料
。
[0003]负极材料石墨化工艺按石墨化炉分为采用物料容器的艾奇逊炉石墨化工艺和不采用物料舟皿的箱式炉石墨化工艺两大类
。
由于坩埚是一种随物料一起升温和降温的辅助工具，在石墨化工艺中消耗大量的电能，导致高温石墨化工艺成本显著偏高，如间歇炉石墨化工艺用电量高达每吨负极材料
16000kWh
，而且常规石墨化装炉受物料松装密度不同的影响，加之石墨化温度高，冷却过程缓慢，产能相对较低，因而石墨化成本较高
。
连续石墨化炉能有效加快物料的冷却，极大地保证了产能，石墨化成本显著降低
。
但是连续石墨化炉多为立式炉，粉料限制了连续石墨化，会造成棚炉
、
堵炉r/>、
喷炉，为防止石墨化物料架桥堵塞下料口，需要将石墨化物料前驱体与粘结剂混合压成颗粒进行石墨化处理且石墨化后的物料仍然保持颗粒形状
、
有一定强度方便下料
。
但由于实际生产过程中物料在炉体里是在重力作用下下落，物料之间以及物料与炉体会有冲击碰撞，导致静态的耐压强度不能准确衡量石墨化后的物料是否能够保持颗粒形状，而为了避免颗粒在碰撞和出料过程中破碎，一般粘结剂的添加量都比较高，这会影响石墨化材料的电化学性能
。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中石墨化工艺中静态的耐压强度不能准确衡量石墨化后的物料在来回碰撞的过程中是否能够保持颗粒形状
、
粘结剂添加量偏高会影响电化学性能等缺陷，从而提供一种石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池
。
[0005]为此，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种石墨负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1
，将碳基材料
、
粘结剂
、
溶剂混合，得混合物料；
[0008]S2
，将混合物料在
10T
‑
60T
的压力下成型，控制压型品的硬化因子满足
0.3≤DIF(
硬化因子
)≤0.75
；
[0009]S3
，将压型品经预碳化或加热固化，石墨化处理，得到石墨化品；
[0010]S4
，将石墨化品进行解聚，分级，得到石墨负极材料
。
[0011]可选地，步骤
S1
中，以碳基材料和粘结剂的总质量计，粘结剂的用量占2～5％，例
如可以是2％
、2.5
％
、3
％
、3.5
％
、4
％
、4.5
％
、5
％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用；
[0012]和
/
或，所述粘结剂的残碳量＜3％
。
[0013]可选地，所述粘结剂包括沥青
、
乳化沥青，树脂类粘结剂，高分子聚合物类粘结剂，氧化淀粉，麦芽糊精，
β
‑
环糊精，糊精中的至少一种；
[0014]可选地，所述树脂类粘结剂包括石油树脂
、
生物质树脂
、
酚醛树脂
、
环氧树脂中的至少一种；
[0015]所述高分子聚合物类粘结剂包括
PVP(
聚乙烯吡咯烷酮
)、PAM(
聚丙烯酰胺
)、PAA(
聚丙烯酸
)、PCL(
聚己内酯
)、PVA(
聚乙烯醇
)、PEG(
聚乙二醇
)
中的至少一种
。
[0016]本专利技术中，可通过粘结剂的种类
、
用量以及压型压力三者共同调节硬化因子的大小
。
[0017]具体地，当所述粘结剂为沥青与树脂或高分子的复配物时，所述沥青为常规沥青或乳化沥青中的至少一种；所述树脂为石油树脂
、
生物质树脂
、
酚醛树脂
、
环氧树脂中的一种或多种；所述高分子为
PVP、PAM、PAA、PCL、PVA、PEG
中的一种或多种；以碳基材料和粘结剂的总质量计，沥青的用量为2％
‑3％，树脂或高分子的用量为2％
‑3％，压型方式为静压成型，压型压力为
10T
‑
60T
，所述硬化因子为
0.3≤DIF≤0.75。
通过对粘结剂种类
、
用量以及压型压力的控制，能够将硬化因子控制在上述的范围内，不仅能够保证在实际生产过程中物料在炉体的冲击碰撞不会使物料破碎，降低堵炉的风险，且采用此类粘结剂，粘结剂中的沥青更加容易石墨化，保证产品的石墨化度和能量密度，同时降低硬碳的含量，降低产品比表面积，保证产品的首效
。
[0018]当所述粘结剂为氧化淀粉
、
麦芽糊精
、
β
糊精
、
糊精中的一种或多种时；以碳基材料和粘结剂的总质量计，粘结剂的用量
≤5
％，粘结剂的残碳量＜3％，压型方式为静压成型，压型压力为
10T
‑
60T
，所述硬化因子为
0.3≤DIF≤0.75
；通过对粘结剂种类
、
用量以及压型压力的控制，能够将硬化因子控制在上述的范围内，不仅能够保证在实际生产过程中物料在炉体的冲击碰撞不会使物料破碎，降低堵炉的风险，且采用此类粘结剂粘结性较强，结焦值低，后续焙烧过程中残碳低，硬碳含量较树脂类低，导致石墨产品的克容量高
。
[0019]当所述粘结剂为
PVP、PAA
中的一种或多种时；所述粘结剂的用量
≤5
％
,
粘结剂的残碳量＜3％压型方式为静压成型，压型压力为
10T
‑
60T
，所述硬化因子为
0.3≤DIF≤0.75
；通过对粘结剂种类<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1
，将碳基材料
、
粘结剂
、
溶剂混合，得混合物料；
S2
，将混合物料在
10T
‑
60T
的压力下成型，控制压型品的硬化因子满足
0.3≤DIF≤0.75
；
S3
，将压型品经预碳化或加热固化，焙烧处理，得到焙烧品；
S4
，将焙烧品进行解聚分级，得到石墨负极材料
。2.
根据权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，步骤
S1
中，以碳基材料和粘结剂的总质量计，粘结剂的用量占2～5％；和
/
或，所述粘结剂的残碳量＜3％
。3.
根据权利要求2所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括沥青
、
乳化沥青，树脂类粘结剂，高分子聚合物类粘结剂，氧化淀粉，麦芽糊精，
β
‑
环糊精，糊精中的至少一种；可选地，所述树脂类粘结剂包括石油树脂
、
生物质树脂
、
酚醛树脂
、
环氧树脂中的至少一种；所述高分子聚合物类粘结剂包括
PVP(
聚乙烯吡咯烷酮
)、PAM(
聚丙烯酰胺
)、PAA(
聚丙烯酸
)、PCL(
聚己内酯
)、PVA(
聚乙烯醇
)、PEG(
聚乙二醇
)
中的至少一种；可选地，当粘结剂为沥青与树脂或高分子的复配物时，以碳基材料和粘结剂的总质量计，沥青的用量为2％
‑3％，树脂或高分子的用量为2％
‑3％，粘结剂的残碳量
≤1.5
％；当所述粘结剂为氧化淀粉
、
麦芽糊精
、
β
糊精
、
糊精中的一种或多种时，粘结剂的用量
≤5
％，粘结剂的残碳量＜3％；当所述粘结剂为
PVP、PAA
中的一种或多种时，粘结剂的用量
≤5
％，粘结剂的残碳量＜3％
。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的石墨负极材料的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆大伟，王志勇，张淼，何浩，钱程，冯志强，李文凯，刘荣钦，
申请(专利权)人：湖南中科星城石墨有限公司，
类型：发明
国别省市：