CN112938959A - 一种动力电池负极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力电池负极材料的制备方法，首先将针状焦粉末(D50＝8‑10μm)和5％‑20％软化点≥350℃的中间沥青粉末(D50＝4‑5μm)进行常温混合30min。将混合均匀的物料投入到反应釜中并加热至360℃，在此温度下搅拌1小时。然后降温至200℃，再向反应釜投入软化点240℃的高温沥青，缓慢升温至250℃；最后再将造粒后的物料进行高温石墨化即可得到负极材料。本发明提高了锂电池的循环稳定性，改善了快充性能，提高了负极材料人造石墨的容量，最终制备出高容量的动力电池负极材料。

Description

一种动力电池负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种动力电池负极材料的制备方法，属于动力锂电池负极材料的制备方法技术领域。
背景技术
近年来，随着电子设备的快速发展，规模化储能、电动工具、便携式设备、混合动力以及纯电动汽车需求的激增，人们对于便捷的高性能储能电池体系的深入研究越来越迫切。目前动力锂离子电池分高容量和高功率两种类型。高容量电池可用于电动工具、自行车、滑板车、矿灯、医疗器械等；高功率电池主要用于混合动力汽车及其它需要大电流充放电的场合。虽然现在主流是石墨作为负极材料，但是其缺点是克容量不足，不太能满足动力电池的要求，还有就是层状结构的稳定性还有待提高。
发明内容
本发明针对存在的问题通过对针状焦原料先用一种高软化点沥青包覆，经过温度处理后再用另一种高软化点沥青对包覆好的物料进行造粒，最后再经过高温石墨化得到高容量动力电池负极材料。其具体技术方案如下：
步骤1：常温下混合D50为8-10μm的针状焦以及D50为4-5μm的中间沥青30min，所述中间沥青软化点≥350℃且含量为5wt％-20wt％，
步骤2：将步骤1中混合均匀的物料加热至360℃，并在此温度下搅拌30min，然后将加热搅拌结束的物料降温至200℃，
步骤3：再向步骤2中反应结束的物料中加入软化点240℃的高温沥青，并将物料升温至250℃，
步骤4：将步骤3中处理结束的物料造粒后进行高温石墨化，即得成品。
进一步的，步骤1具体操作过程如下：将针状焦生焦破碎得到粒径≤10mm的物料，再将其磨粉得到粒径为D50＝8-10um的原料焦，将350℃软化点的沥青粉碎成粒径D50＝4-5μm的粉末，将所述原料焦与5wt％-20wt％所述中间沥青粉末投入VC混料机中在转速700rpm下常温混合30min。
进一步的，将步骤1中混合均匀的物料投入反应釜，在升温过程中边升温边低速搅拌，当反应釜温度达到360℃时，高速搅拌混合1小时，然后将反应釜的温度降至200℃。
进一步的，所述低速搅拌转速为40rpm，所述高速搅拌转速为700rpm。
进一步的，步骤3中将物料升温至250℃后继续搅拌30min。
进一步的，步骤4中高温石墨化温度为2900-3000℃。
有益效果：本发明先用5wt％-20wt％的软化点350℃的中间沥青粉末包覆焦粉，以填补其表面的空洞，提供锂的传输通道，避免溶剂分子的共嵌入造成石墨体积的膨胀导致剥离，提高了锂电池的循环稳定性，再利用软化点240℃的高温沥青进行造粒粘结，以提高各向同性，在充放电过程中使锂离子从多个方向嵌入，改善了快充性能，提供更多的嵌锂点，降低极片膨胀，提高负极材料人造石墨的容量，以最终制备高容量的动力电池负极材料。
附图说明
图1为本发明实施例中制备的高容量型锂电池负极材料在扫描电子显微镜(SEM)10um下观察的表面图片，
图2为本发明实施例中制备的高容量型锂电池负极材料在扫描电子显微镜(SEM)50um下观察的表面图片，
图3为本发明实施例中制备的高容量型锂电池负极材料采用马尔文激光粒度仪(MASTERSIZER3000)观察的表面粒径分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明一种动力电池负极材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1：将针状焦生焦破碎得到粒径≤10mm的物料，再将其磨粉得到粒径为D50＝8-10um的原料焦，将350℃软化点的沥青粉碎成粒径D50＝4-5μm的粉末，将所述原料焦与5wt％-20wt％所述中间沥青粉末投入VC混料机中在转速700rpm下常温混合30min，
步骤2：将步骤1中混合均匀的物料投入反应釜，在升温过程中边升温边40rpm低速搅拌，当反应釜温度达到360℃时，700rpm高速搅拌混合1小时，然后将反应釜的温度降至200℃，
步骤3：再向步骤2中反应结束的物料中加入软化点240℃的高温沥青，并将物料升温至250℃后继续搅拌30min，
步骤4：将步骤3中处理结束的物料造粒后进行2900-3000℃的高温石墨化，即得成品。
实施例
本实施例的一种动力电池人造石墨负极材料，采用以下步骤进行制备：
步骤1：将针状焦生焦磨粉得到粒径为D50＝8um，将350℃软化点的沥青粉碎成粒径D50＝4μm的原料粉末；将D50＝8um的原料焦与8wt％的软化点350℃的中间沥青粉末(D50＝4μm)按质量比为10:0.8的比例投入到VC混料机中在常温下混合30min，转速约700rpm，
步骤2：将混合均匀的物料投入到反应釜中，在升温过程中边升温边慢速搅拌(转速40rpm)，当反应釜的温度达到360℃时，再提高转速以700rpm的速度混合1小时，然后将反应釜的温度降至200℃，
步骤3：再向反应釜中按照10:0.6投入软化点240℃的高温沥青，然后将反应釜温度升高至250℃继续搅拌30min，
步骤4：将包覆、造粒后的物料进行高温石墨化(温度：3000℃)后即可得到高容量型动力电池。
本实施例的锂离子电池，以本实施例的人造石墨负极材料、导电剂SP、CMC、SBR(含量45％)按质量比92:3:2:3配料，调制成浆料，涂布于铜箔上并于真空干燥箱中干燥12h制成负极片；将干燥好的涂膜于手动冲片器上裁成14mm的圆形电极片，最后在充满氩气的手套箱中进行电池组装。本实施例采用的对电极为金属锂片，隔膜为Celgard 2300聚丙烯膜，电解液体系为国泰华荣LB303标准电解液EC:DEC:DMC＝1:1:1LiPF6 1mol/L，组装成CR2016型号的扣式电池。
本实施例表征测试：采用日本电子(捷欧路)Jeol扫描电子显微镜(SEM)观察负极材料的外貌形态；采用马尔文激光粒度仪(MASTERSIZER 3000)观察负极材料的粒径；采用武汉蓝电测试***CT2001A对扣电进行充放电循环以及容量测试。
本实施例中制备的高容量型锂电池负极材料采用扫描电子显微镜(SEM)来观察材料的表面，很明显小颗粒都粘结成大颗粒，同时颗粒粘结后比较均匀、光滑；如图1和图2所示。
通过本实施例的方法制备的高容量型锂电池负极材料采用马尔文激光粒度仪(MASTERSIZER3000)观察负极材料的粒径分布，小颗粒都粘结成大颗粒后，其平均粒径D50＝16.9μm，粒径大小比较合理，如图3所示。
通过本实施例方法制备的高容量型锂电池负极材料采用武汉蓝电测试***CT2001A对扣电进行倍率性能及容量测试，扣式电池0.2C循换100周后充电容量保持率在>98％，证明该材料的循环寿命良好；在不同倍率下(0.1C、0.2C、0.5C、1C、2C)容量仍然可以达到178mAh/g以上，数据如表2所示，此外比容量可以维持在365以上，首次效率在95％以上。如下表1所示。
表1本实施例方法制备的高容量型锂电池负极材料首次循环效率和首次放电比容量性能测试
Figure BDA0002923412720000031
Figure BDA0002923412720000041
表2本实施例方法制备的高容量型锂电池负极材料倍率和容量性能测试数据
倍率 0.1C 0.2C 0.5C 1C 2C
容量(mAh/g) 368±10 350.9±3 339±4 245±2 178±2
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种动力电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：常温下混合D50为8-10μm的针状焦以及D50为4-5μm的中间沥青30min，所述中间沥青软化点≥350℃且含量为5wt％-20wt％，
步骤2：将步骤1中混合均匀的物料加热至360℃，并在此温度下搅拌1小时，然后将加热搅拌结束的物料降温至200℃，
步骤3：再向步骤2中反应结束的物料中加入软化点240℃的高温沥青，并将物料升温至250℃，
步骤4：将步骤3中处理结束的物料造粒后进行高温石墨化，即得成品。
2.根据权利要求1所述的动力电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1具体操作过程如下：将针状焦生焦破碎得到粒径≤10mm的物料，再将其磨粉得到粒径为D50＝8-10um的原料焦，将350℃软化点的沥青粉碎成粒径D50＝4-5μm的粉末，将所述原料焦与5wt％-20wt％所述中间沥青粉末投入VC混料机中在转速700rpm下常温混合30min。
3.根据权利要求1所述的动力电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤2具体操作过程如下：将步骤1中混合均匀的物料投入反应釜，在升温过程中边升温边低速搅拌，当反应釜温度达到360℃时，高速搅拌混合1小时，然后将反应釜的温度降至200℃。
4.根据权利要求3所述的动力电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述低速搅拌转速为40rpm，所述高速搅拌转速为700rpm。
5.根据权利要求1所述的动力电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤3中将物料升温至250℃后继续搅拌30min。
6.根据权利要求1所述的动力电池负极材料的制备方法，其特征在于，步骤4中高温石墨化温度为2900-3000℃。
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