本发明专利技术涉及一种锂离子电池碳微球负极材料的制备方法，所述方法以炭黑、粘结剂与溶剂混合配制成浆料，喷雾干燥成型后，经高温处理后得到锂离子电池碳微球负极材料。本发明专利技术提供的锂离子电池碳微球负极材料，球形度高，具有可控的粒径，实现了负极材料的紧密堆积，提高了电极的体积能量密度，同时可以使锂离子从各个方向嵌入，提高材料的结构稳定性，倍率性能和首次库伦效率；在碳微球内部具有可控大小的空隙，构造了较多的离子传输通道，有助于提高材料的充放电容量和循环容量保持率；且制备原料主要为炭黑，来源广泛，不用破碎，价格低廉；制备方法工艺简单，环境友好，能耗与成本低廉，易大规模生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种锂电池负极材料及其制备方法，更具体地说，本专利技术涉及，属于锂离子电池负极材料
技术介绍
锂离子电池是指以两种不同的能够可逆地嵌入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池正极和负极的二次电池体系。充电时，锂离子从正极脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入到负极中；放电时则相反，锂离子从负极脱嵌，通过电解质和隔膜，嵌入到正极中。锂离子电池是能够满足各种便携式电子设备、电动工具和电动汽车的广泛使用和高速发展需要的一种化学电源，具有电压高、比能量大、放电电压平稳、低温性能良好、安全性能优异及易贮存和工作寿命长等优点。锂离子电池的负极是由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合制成糊状胶合剂均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成。早期的锂离子电池由于采用金属锂作为负极材料存在着“锂枝晶”、“死锂”等现象，严重制约了其发展应用。负极材料的制备是锂离子电池的关键技术之一。石墨化碳材料以其高度的结构稳定性和良好的循环性能，成为目前已经商业化应用的锂离子电池负极材料。由于有机溶剂分子在石墨层中的共嵌入，存在溶剂分解的现象，造成石墨电极材料的剥落、粉化等现象；并且由于石墨表面活性位和缺陷的存在，在材料表面形成不稳定的固体电解质界面膜，电极库伦效率降低，容量衰减严重，进而影响电池的循环性能。为了制备具有高容量、可靠循环、热力学性能稳定的负极材料，目前主要的负极碳材料主要包括改性的石墨材料、中间相碳微球、石墨化碳纤维以及多种软碳和硬碳材料形成的无定形碳材料。由于制备方法和前驱体结构性质的不同，所制备碳材料的微观结构和形貌存在很大差异。在已商品化的碳材料中，碳微球被认为是最具有发展潜力的。这是因为与其它碳材料相比，碳微球具有较多优点。例如，球状结构有利于实现紧密堆积，从而可提高电极的体积能量密度；球形结构可以使锂离子能够从各个方向嵌入和脱出，解决了石墨类材料由于各向异性引起的石墨片层的溶胀，坍塌和倍率的限制。CN101800304A采用天然鳞片石墨微粉与黏结剂如聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)混合，经喷雾干燥后，再经60(Γ1000V高温处理热处理，得到20-50微米的球形石墨粉体。CN102723469A利用石墨微粉与高分子树脂混合搅拌，经由喷雾成球干燥和高温处理后得到球形碳材料，作为锂离子电池负极材料。CN102522532A采用天然石墨、石油焦、浙青复合而成，过程包括混合、混捏、轧片、粉碎、成型、炭化、石墨化(2800°C以上)、球形化等步骤得到球形碳负极材料。 CN102709532A采用针状石油焦、煤焦油、树脂为原料，在压力容器中进行液相脱水处理，然后通过包覆改性、低温固化、炭化，最后经高温热处理、冷却筛选后制成球形负极碳材料。CN1461283A采用树脂、浙青及其混合物为原料通过加入分散介质混合、分散介质去除、氧化稳定、高温热处理(2000-3200 V )过程制备出球形碳材料。CN1191195C采用葡萄糖、蔗糖、果糖、纤维素或淀粉，或酚醛树脂、聚丙烯晴、环氧树脂与固化剂邻苯二甲酸酐的混合物；或环氧树脂与聚甲醛和苯酚的混合物与溶剂配成均相分散体系，经过液相脱水、洗涤干燥、高温处理制得球体或椭球体硬碳材料，该材料可以作为二次锂电池的负极活性材料。所述制备方法不足之处在于制备工艺繁琐，设备复杂，污染较大，能耗和成本较高。现有技术中，如果采用石墨粉或石油焦为原料，很难达到足够的细度，得到的球形碳材料球形度较差，振实密度低；如果采用的原料是含碳聚合物(如酚醛树脂)，原料成本较高。因此，本领域需要开发一种成本较低的锂离子电池碳微球负极材料，所述碳微球负极材料的制备方法工艺简单，环境友好，能耗与成本低廉，且易于大规模工业化。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种锂离子电池碳微球负极材料。本专利技术的目的之二在于提供一种目的之一所述锂离子电池碳微球负极材料的制备方法。本专利技术的目的之三在于提供一种使用目的之一所述锂离子电池碳微球负极材料的锂离子电池。本专利技术所述负极材料具有很好的球形结构；所述碳微球负极材料包含由炭黑材料和粘结剂经高温处理后形成的硬碳材料；所述的碳微球负极材料的内部具有适当尺寸的空隙结构，且碳微球的直径和颗粒内部空隙尺寸可控，所述孔隙结构的尺寸优选为f 10纳米，例如7纳米、1、纳米、3 10纳米、4、纳米等；所述负极材料具有较高的倍率特性、可逆容量和初始效率，且成本低廉。良好的球形结构有利于实现负极材料的紧密堆积，提高电极的体积能量密度，同时可以使锂离子从各个方向嵌入，提高材料的结构稳定性、倍率性能和首次库仑效率；碳微球内部尺寸可控的空隙结构，有助于提高材料的充放电容量和循环容量保持率。本专利技术采用低成本的炭黑、粘结剂与溶剂为原料，混合配制成浆料，通过喷雾干燥成型后，经高温处理后得到锂离子电池碳微球负极材料。所述负极材料由炭黑颗粒与粘结剂高温处理后得到的硬碳组成，具有很好的电子电导与离子传输通道。本专利技术所述炭黑选自灯黑、气黑、炉黑和槽黑中的任意I种或至少2种的混合物，典型但非限制性的炭黑的混合物为灯黑和气黑的混合物、气黑和槽黑的混合物、炉黑/灯黑/气黑的混合物等。优选地，所述粘结剂为可溶于水或有机溶剂的具有粘结性能的物质，选自蔗糖、葡萄糖、玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯蜡、酚醛树脂、乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯醇缩丁醛中的任意I种或至少2种的组合，所述组合例如蔗糖/葡萄糖的组合、玉米淀粉/木薯淀粉的组合、小麦淀粉/羧甲基纤维素/聚乙二醇的组合、聚乙二醇/聚乙烯醇/酚醛树脂的组合等。优选地，所述溶剂可以为水、乙醇、乙醚、丙酮、四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯、二甲基甲酰胺中的任意I种或至少2种的组合，所述组合例如水/乙醇的组合、乙醇/乙醚的组合、苯/甲苯/ 二甲苯的组合、乙醚/丙酮/四氢呋喃/ 二甲基甲酰胺的组合等。本专利技术所述的炭黑优选纳米级炭黑，纳米级炭黑不需要破碎，可直接和可溶性含碳有机粘结剂混合喷雾干燥成球。优选地，所述炭黑粒径为2飞00纳米，例如2 100纳米、3 450纳米、6 380纳米、15 215纳米、26 360纳米、48 485纳米、75 215纳米、105 486纳米等，优选5 300纳米,进一步优选5 100纳米。炭化又称干馏，是固体或有机物在隔绝空气条件下加热分解的反应过程。不同物质干馏所需的温度差别很大，可以从100°C (如木材干馏)到1000°C (如煤高温干馏)以上；压力可以是常压，也可以是减压。石墨化是制备石墨化纤维的后道工序，一般是在2000 3300°C的氩气或者氮气气氛中进行。本专利技术所述的高温处理为进行炭化或石墨化。优选地，所述高温处理在固定床、流化床或高温石墨化炉中进行；高温处理的温度为 600 3000。。，例如 602°C、625°C、680°C、825°C、900°C、974°C、1068°C、1256°C、1500°C、1580 V、1635 V、1784 ° C、1965 °C .2300 °C .2650 °C .2980 V 等；所述高温处理的时间优选为I 24h，例如 2h、5h、13h、17h、20h、22h、23h 等。优选地,所述高温处理在惰性气氛中进行,所本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子电池碳微球负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法以炭黑、粘结剂与溶剂混合配制成浆料，喷雾干燥成型后，经高温处理后得到锂离子电池碳微球负极材料。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：苏发兵，张美菊，王艳红，翟世辉，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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