CN106486670A - 一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法 - Google Patents

一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106486670A
CN106486670A CN201510793884.5A CN201510793884A CN106486670A CN 106486670 A CN106486670 A CN 106486670A CN 201510793884 A CN201510793884 A CN 201510793884A CN 106486670 A CN106486670 A CN 106486670A
Authority
CN
China
Prior art keywords
cathode material
lithium cell
cell cathode
mesophase pitch
prepares lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510793884.5A
Other languages
English (en)
Inventor
乔永民
沈龙
谢秋生
李虹
吴敏昌
熊俊威
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Wina Green Power Technology Co Ltd
Shanghai Shanshan Technology Co Ltd
Original Assignee
Shandong Wina Green Power Technology Co Ltd
Shanghai Shanshan Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shandong Wina Green Power Technology Co Ltd, Shanghai Shanshan Technology Co Ltd filed Critical Shandong Wina Green Power Technology Co Ltd
Priority to CN201510793884.5A priority Critical patent/CN106486670A/zh
Publication of CN106486670A publication Critical patent/CN106486670A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明公开了一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法，将沥青投入反应釜，加入添加剂；在氮气保护下，加热后得到反应物A；反应物A冷却后，转入加热装置，经过炭化得中间产物B；中间产物B经过粉碎处理，得到炭粉C；炭粉C经石墨化处理，得到锂电池负极材料。本发明方法工艺简单，所获得的锂电池负极材料稳定性好，收率高，在锂离子电池等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，具体是一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法。
背景技术
近年来，锂离子电池以其高能量密度、高电压、无污染、长循环寿命、快速充放电等方面的优异性能和日趋降低的制作成本，使得锂离子电池在许多行业得到了大规模的应用。随新能源汽车、储能电池的快速发展，对锂离子二次电池的要求也逐渐提高，特别对大容量、快速充电、高效率等高性能化的要求日益迫切。锂离子电池的飞速发展主要是得益于电极材料的贡献，特别是炭负极材料的进步，而且今后在很长一段时间内，锂离子电池容量和大电流放电性能的提高仍将依赖于炭负极材料的发展和完善。因此，长期以来，提高锂离子电池负极材料的比容量、减少首次不可逆容量，改善循环稳定性，提高快速充放电性能一直是研究开发的重点。中间相炭微球是70年代发展起来的一种新型炭材料，由于其具有独特的分子层片平行堆砌结构，又兼微球形特点，成为锂离子二次电池的电极材料、高密度各向同性炭石墨块材料、高比表面微球活性炭及高效液相色谱的填充材料的首选原料。目前制备中间相碳微球的方法有热缩聚法、乳液法和县浮法三种，工业上常用热缩聚法，反应中加入添加剂后，影响其成球效果，由于最终产物的不同，副产物多，产品收率低。且经过洗涤、过滤等工序，消耗大量有机溶剂，对环境有破坏。本方法在于一步法得到整体中间相，通过炭化、催化石墨化等人造石墨负极材料制备工序，得到一种锂电池中间相沥青焦负极材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备收率高、成本低，而且工艺流程简单的中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法，其包括如下步骤：
(a)将沥青投入反应釜，加入添加剂；在氮气保护下，加热后得到反应物A；
(b)反应物A冷却后，转入加热装置，经过炭化得中间产物B；
(c)中间产物B经过粉碎处理，得到炭粉C；
(d)炭粉C经石墨化处理，得到锂电池负极材料。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(a)中沥青为石油沥青和煤沥青中的一种或二者任意组合，添加剂为铁粉、铁的氧化物、硅粉、碳化硅粉及硅的氧化物中的一种或任意组合，反应温度为300-600℃，加热时间为3-12小时。
作为本发明进一步的方案：步骤(a)中加热时间为6-10小时。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(b)中炭化温度为900-1600℃，炭化时间为3-30小时。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(c)中炭粉C的平均粒径为5-80μm。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(c)中炭粉C的平均粒径为10-40μm。
作为本发明进一步的方案：所述步骤(d)中石墨化处理温度为2600-3000℃，石墨化处理时间为12-48小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明所提供的利用中间相沥青焦制备的锂电池负极材料可作为一种锂离子电池负极材料，在数码、电动汽车等领域都具有潜在的广泛应用。本发明具有以下特点：
1.本发明的方法简化了生产步骤，因而具有简单经济、能耗低、操作方便和便于实现规模化生产的优点。
2.本发明方法可实现添加剂均匀的分散，可以较大程度地提升材料的石墨化度。
3.本发明方法中，简化了中间相提纯工艺，因而避免了有机溶剂萃取需要进行繁琐苛刻的预处理步骤。
4.由于中间相类石墨负极比普通的石墨负极材料具有更好的安全性和倍率性能，因而在电动车行业有广泛的应用前景。
附图说明
图1表征实施例1中的锂离子电池负极材料的X射线衍射图(XRD)。
图2为实施例1中的锂离子电池负极材料电镜图(SEM)。
图3为实施例1中的锂离子电池负极材料充放电曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明以沥青为原料，采用中间相碳微球合成方法，通过控制反应温度与反应时间，大规模合成中间相沥青焦人造石墨负极材料。该方法在控制中间相沥青的聚合速度，实现与添加剂的均匀混合。经过石墨化处理后，最终得到可以作为锂离子电池负极材料的中间相沥青焦负极材料。
实施例1
1)称取10kg的煤沥青，加入反应釜设备中，气氛保护下升温至350℃，搅拌加热3小时；
2)继续称取0.3kg的碳化硅粉(平均粒径2-5微米)添加至反应釜中，气氛保护下升温至550℃，搅拌加热8小时；
3)将步骤2)中的物料转移至炭化炉中，气氛保护，1100℃处理24小时；
4)将步骤3)中的物料制粉处理，至平均粒度为15μm；
5)将步骤4)中的物料进行石墨化处理，处理温度是2800℃，处理时间为40小时，保温结束后随炉冷却，最后得到锂离子电池负极材料。
图1是实施例1的XRD图片，图谱可以反映出材料为石墨特征峰；图2是实施例1扫描电镜照片。图谱中可以明显看到制备的锂离子电池负极材料为不规则人造石墨。图3是实施例1的充放电曲线图。
将得到的产品制成电极。
电化学测试结果显示：本实施例所得产品的放电容量为346.6mAh/g，首次库仑效率为91.3％。
实施例2
1)称取10kg的煤沥青，加入反应釜设备中，气氛保护下升温至350℃，搅拌加热3小时；
2)继续称取0.3kg的二氧化硅粉(平均粒径3-7微米)添加至反应釜中，气氛保护下升温至550℃，搅拌加热8小时；
3)将步骤2)中的物料转移至炭化炉中，气氛保护，1100℃处理24小时；
4)将步骤3)中的物料制粉处理，至平均粒度为15μm；
5)将步骤4)中的物料进行石墨化处理，处理温度是2800℃，处理时间为40小时，保温结束后随炉冷却，最后得到锂离子电池负极材料。
将得到的产品制成电极。
电化学测试结果显示：本实施例所得产品的放电容量为344.1mAh/g，首次库仑效率为90.6％。
实施例3
1)称取10kg的石油沥青，加入反应釜设备中，气氛保护下升温至350℃，搅拌加热3小时；
2)继续称取0.3kg的二氧化硅粉(平均粒径3-7微米)添加至反应釜中，气氛保护下升温至550℃，搅拌加热3小时；
3)将步骤2)中的物料转移至炭化炉中，气氛保护，1100℃处理24小时；
4)将步骤3)中的物料制粉处理，至平均粒度为15μm；
5)将步骤4)中的物料进行石墨化处理，处理温度是2800℃，处理时间为40小时，保温结束后随炉冷却，最后得到锂离子电池负极材料。
将得到的产品制成电极。
电化学测试结果显示：本实施例所得产品的放电容量为349.2mAh/g，首次库仑效率为90.0％。
实施例4
1)称取10kg的石油沥青，加入反应釜设备中，气氛保护下升温至350℃，搅拌加热3小时；
2)继续称取0.3kg的四氧化三铁粉(平均粒径2-5微米)添加至反应釜中，气氛保护下升温至550℃，搅拌加热8小时；
3)将步骤2)中的物料转移至炭化炉中，气氛保护，1100℃处理24小时；
4)将步骤3)中的物料制粉处理，至平均粒度为15μm；
5)将步骤4)中的物料进行石墨化处理，处理温度是2800℃，处理时间为40小时，保温结束后随炉冷却，最后得到锂离子电池负极材料。
将得到的产品制成电极。
电化学测试结果显示：本实施例所得产品的放电容量为342.2mAh/g，首次库仑效率为89.4％。
实施例5
1)称取10kg的石油沥青，加入反应釜设备中，气氛保护下升温至350℃，搅拌加热3小时；
2)继续称取0.3kg的三氧化二铁粉(平均粒径2-5微米)添加至反应釜中，气氛保护下升温至550℃，搅拌加热8小时；
3)将步骤2)中的物料转移至炭化炉中，气氛保护，1100℃处理24小时；
4)将步骤3)中的物料制粉处理，至平均粒度为15μm；
5)将步骤4)中的物料进行石墨化处理，处理温度是2800℃，处理时间为40小时，保温结束后随炉冷却，最后得到锂离子电池负极材料。
将得到的产品制成电极。
电化学测试结果显示：本实施例所得产品的放电容量为338.6mAh/g，首次库仑效率为90.2％。
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。
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 (7)

1.一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(a)将沥青投入反应釜，加入添加剂；在氮气保护下，加热后得到反应物A；
(b)反应物A冷却后，转入加热装置，经过炭化得中间产物B；
(c)中间产物B经过粉碎处理，得到炭粉C；
(d)炭粉C经石墨化处理，得到锂电池负极材料。
2.根据权利要求1所述的中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法，其特征在于，所述步骤(a)中沥青为石油沥青和煤沥青中的一种或二者任意组合，添加剂为铁粉、铁的氧化物、硅粉、碳化硅粉及硅的氧化物中的一种或任意组合，反应温度为300-600℃，加热时间为3-12小时。
3.根据权利要求2所述的中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法，其特征在于，步骤(a)中加热时间为6-10小时。
4.根据权利要求1所述的中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法，其特征在于，所述步骤(b)中炭化温度为900-1600℃，炭化时间为3-30小时。
5.根据权利要求1所述的中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法，其特征在于，所述步骤(c)中炭粉C的平均粒径为5-80μm。
6.根据权利要求5所述的中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法，其特征在于，所述步骤(c)中炭粉C的平均粒径为10-40μm。
7.根据权利要求1所述的中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法，其特征在于，所述步骤(d)中石墨化处理温度为2600-3000℃，石墨化处理时间为12-48小时。
CN201510793884.5A 2015-11-17 2015-11-17 一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法 Pending CN106486670A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510793884.5A CN106486670A (zh) 2015-11-17 2015-11-17 一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510793884.5A CN106486670A (zh) 2015-11-17 2015-11-17 一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106486670A true CN106486670A (zh) 2017-03-08

Family

ID=58238302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510793884.5A Pending CN106486670A (zh) 2015-11-17 2015-11-17 一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106486670A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108615866A (zh) * 2018-05-03 2018-10-02 无锡尼摩新能源科技有限公司 一种含纳米硅的无定型碳锂电池负极材料
CN110364730A (zh) * 2018-03-26 2019-10-22 北京化工大学 一种中间相沥青炭微球的制备方法
CN111453721A (zh) * 2020-04-30 2020-07-28 中钢集团鞍山热能研究院有限公司 锂离子电池专用广域片状结构负极材料的制备方法及装置
CN114804877A (zh) * 2022-05-19 2022-07-29 李鑫 脉冲电流内热式中温石墨化负极材料及制造方法
CN116022781A (zh) * 2023-03-28 2023-04-28 宁波杉杉新材料科技有限公司 掺杂沥青焦、石墨负极材料及其制备方法和应用、锂离子电池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103022494A (zh) * 2012-12-21 2013-04-03 济宁碳素集团有限公司 一种人造石墨的制备方法及其应用
CN103165869A (zh) * 2011-12-13 2013-06-19 上海杉杉科技有限公司 改性中间相负极材料、锂离子二次电池及制备方法和应用
CN103311520A (zh) * 2012-03-07 2013-09-18 宁波杉杉新材料科技有限公司 一种锂离子电池复合石墨负极材料及其制备方法
CN103855369A (zh) * 2012-12-05 2014-06-11 上海杉杉科技有限公司 一种锂电池负极材料及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103165869A (zh) * 2011-12-13 2013-06-19 上海杉杉科技有限公司 改性中间相负极材料、锂离子二次电池及制备方法和应用
CN103311520A (zh) * 2012-03-07 2013-09-18 宁波杉杉新材料科技有限公司 一种锂离子电池复合石墨负极材料及其制备方法
CN103855369A (zh) * 2012-12-05 2014-06-11 上海杉杉科技有限公司 一种锂电池负极材料及其制备方法
CN103022494A (zh) * 2012-12-21 2013-04-03 济宁碳素集团有限公司 一种人造石墨的制备方法及其应用

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110364730A (zh) * 2018-03-26 2019-10-22 北京化工大学 一种中间相沥青炭微球的制备方法
CN108615866A (zh) * 2018-05-03 2018-10-02 无锡尼摩新能源科技有限公司 一种含纳米硅的无定型碳锂电池负极材料
CN111453721A (zh) * 2020-04-30 2020-07-28 中钢集团鞍山热能研究院有限公司 锂离子电池专用广域片状结构负极材料的制备方法及装置
CN114804877A (zh) * 2022-05-19 2022-07-29 李鑫 脉冲电流内热式中温石墨化负极材料及制造方法
CN114804877B (zh) * 2022-05-19 2024-01-23 深圳市钢昱碳晶科技有限公司 脉冲电流内热式中温石墨化负极材料及制造方法
CN116022781A (zh) * 2023-03-28 2023-04-28 宁波杉杉新材料科技有限公司 掺杂沥青焦、石墨负极材料及其制备方法和应用、锂离子电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101087021B (zh) 锂离子电池用人造石墨负极材料及其制备方法
CN104143635B (zh) 一种人造石墨负极材料及其制备方法
CN104638240B (zh) 一种锂离子电池硅碳复合负极材料的制备方法及其产品
TWI474528B (zh) 硫基聚合物鋰離子電池的循環方法
CN106486670A (zh) 一种中间相沥青焦制备锂电池负极材料的方法
CN106129337B (zh) 一种磷酸铁锂锂离子电池正极电极的制备方法
CN107026262B (zh) 表面石墨烯包覆的高容量球形硬炭负极材料
CN104143641B (zh) 一种中间相负极材料及其制备方法
CN102485648A (zh) 改性石墨、复合石墨材料及其制备方法和用途
CN109713303B (zh) 制备负极材料的方法、负极材料和动力电池
CN102110813B (zh) 锂离子电池负极石墨材料及其制备方法
WO2016136524A1 (ja) 炭素材料、その製造方法及びその用途
CN111554889A (zh) 一种聚酰亚胺/MXene复合材料及其制备和应用
CN108682804B (zh) 一种硬碳包覆软碳被用作锂离子电池负极材料的制备方法
CN101417794A (zh) 一种高倍率锂离子电池负极f系列材料的生产制造方法
CN113991109A (zh) 一种氟磷酸锰钠/碳化钛片层-碳量子点复合材料及其制备方法和应用
CN107240685B (zh) 一种三氟化铁/六氟铁酸锂复合正极材料、制备及其应用
CN103996823B (zh) 一种动力锂离子电池用三元聚阴离子磷酸盐/碳正极材料的快速微波反应制备方法
CN102214821B (zh) 表面改性的石墨化中间相炭微粉及其制备方法
Yang et al. Grain boundary density matters in lithiation performances of aluminum foil anode for lithium ion batteries
CN117691091A (zh) 一种石墨负极材料及其制备方法、负极极片和锂离子电池
CN110931877B (zh) 一种适用于快充型锂电池的磷酸铁锂的制备方法
CN110867569A (zh) 一种硅炭复合材料的制备方法
CN102683702A (zh) 一种表面均匀包覆碳的磷酸铁锂制备方法
CN105552356A (zh) 一种宽电位窗口的锂离子电池负极材料的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170308

RJ01 Rejection of invention patent application after publication