CN107221662A - 一种锂离子电池负极材料的制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池负极材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将催化剂以及原料加入到反应釜中，搅拌至均匀混合，在300~500℃的温度条件下恒温保持3~15h进行热缩聚反应，制得反应混合母液；步骤2：将洗油加入步骤1制得的反应混合母液中，搅拌洗涤10~50min，离心分离后制得中间相小球，以1℃/min~10℃/min的升温速率将中间相小球在500~1000℃炭化3~9h，制得低温炭化处理的中间相炭微球；步骤3：将步骤2中得到的低温炭化处理的中间相炭微球置于浸渍液中进行浸渍掺杂处理后，离心分离，洗涤，干燥处理后，在100~200℃低温下烧结2~10h即得锂离子电池负极材料。本发明显著增强了负极材料的储锂能力，具有较大电流快速充放电能力，容量高，低温性能优良。

Description

一种锂离子电池负极材料的制备方法
技术领域
本发明属于电池材料领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法。
背景技术
当今世界，能源日趋匮乏，各国政府和各大汽车企业正在加紧开发无排放、无污染的电动车、锂离子电池作为一种新型的可充电电池，具有工作电压高、比量大、高能量密度、安全性能好、环保无污染、无记忆效应等优点，已在移动通讯、笔记本电脑、大规模储能等领域广泛应用，并将在电动汽车、军事装备、航空航天、国防工业、空间技术等领域富有广阔的应用前景。这些领域的迅猛发展，对二次电池的比容量、循环寿命、倍率性能、低温性能、安全性等方面提出了更高的要求。锂电子电池负极材料的研究备受关注。
石墨类负极材料具有循环效率高、循环性能好、较低的锂嵌入/脱嵌电位、合适的可逆容量、资源丰富、价格低廉等优点，而成为较为理想的锂离子电池负极材料。但是，石墨类材料多具有层状结构或鳞片状结构，石墨层间以较弱的范德华力结合，充电时，随着溶剂化离子的嵌入，层与层之间会产生玻璃而形成新的表面，有机电解液在新形成的表面上不断还原分解形成新的表面，有机电解液在新的形成的表面上不断还原分解形成新的SEI膜，既消耗大量的锂离子，加大了首次不可逆容量损失，并由于溶剂化离子的嵌入和脱出引出石墨颗粒的体积膨胀和收缩，致使颗粒间的通电网络部分中断，从而出现石墨类材料特有的层状结构而限制其有限次的循环稳定性，从而影响其循环性能。此外，石墨类材料的储锂容量较低，且存在放电效率低、对电解液高度灵敏且选择性高等缺陷，为此急需对石墨类材料进行改进，以改善提高锂离子电池的电化学性能。
发明内容
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，使得制备出的锂离子电池放电容量大，放电效率高。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将催化剂以及原料加入到反应釜中，搅拌至均匀混合，在300~500℃的温度条件下恒温保持3~15h进行热缩聚反应，期间保持气压10~100Mpa条件，制得反应混合母液；
步骤2：将洗油加入步骤1制得的反应混合母液中，搅拌洗涤10~50min，离心分离后制得中间相小球，在保护气体中，以1℃/min~10℃/min的升温速率将中间相小球在500~1000℃炭化3~9h，制得低温炭化处理的中间相炭微球；
步骤3：将步骤2中得到的低温炭化处理的中间相炭微球置于浸渍液中进行浸渍掺杂处理后，离心分离，洗涤，干燥处理后，在100~200℃低温下烧结2~10h即得锂离子电池负极材料。
优选地，所述原料按照重量份包括以下：石油沥青20~40份、焦油煤5~15份、石油焦10~20份、碳纤维10~15份、重质芳香烃3~15份。
优选地，所述催化剂选自草酸亚铁、硝酸铝、二乙酸铝、草酸铝、氧化锰、三氧化二锰、氯化锰、溴化锰、氟化锰中的一种或多种。
优选地，所述催化剂选自异丙醇铝、硝酸锰、硝酸铁、硝酸钴、氧化钴、溴化钴、溴化钴、氟化钴、溴化铜、氟化铜、氧化锌、氯化锌、溴化锌、氟化锌中的一种或多种。
优选地，所述保护气体为氮气、氩气或者氦气。
优选地，所述步骤3中的浸渍液为乙醇溶液，其中，浸渍液的浓度为10~50%。
优选地，所述步骤3中的干燥处理的温度为50~80%，干燥后的含水量为5~15%。
优选地，所述步骤3中离心分离的转速为20~30rpm。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，将原料在催化剂作用下发生缩聚反应制得的中间相小球体，再将制得中间相小球体经过低温炭化处理、浸渍掺杂处理、低温烧结处理，制得了掺杂入少量其他元素、呈球形或长短径之比小于2的类球形且材料中的微晶结构呈无序排列的锂离子电池负极材料，显著增强了负极材料的储锂能力，具有较大电流快速充放电能力，容量高，低温性能优良。本制备工艺生产成本低，易于工业化生产。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
实施例1
一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将催化剂以及原料加入到反应釜中，搅拌至均匀混合，在300℃的温度条件下恒温保持3h进行热缩聚反应，期间保持气压10Mpa条件，制得反应混合母液；
步骤2：将洗油加入步骤1制得的反应混合母液中，搅拌洗涤10min，离心分离后制得中间相小球，在保护气体中，以1℃/min的升温速率将中间相小球在500℃炭化3h，制得低温炭化处理的中间相炭微球；
步骤3：将步骤2中得到的低温炭化处理的中间相炭微球置于浸渍液中进行浸渍掺杂处理后，离心分离，洗涤，干燥处理后，在100℃低温下烧结2h即得锂离子电池负极材料。
所述原料按照重量份包括以下：石油沥青20份、焦油煤5份、石油焦10份、碳纤维10份、重质芳香烃3份。
所述催化剂选自草酸亚铁、硝酸铝、二乙酸铝、草酸铝、氧化锰、三氧化二锰、氯化锰、溴化锰、氟化锰中的一种或多种。
所述保护气体为氮气、氩气或者氦气。
所述步骤3中的浸渍液为乙醇溶液，其中，浸渍液的浓度为10%。
所述步骤3中的干燥处理的温度为50%，干燥后的含水量为5%。
所述步骤3中离心分离的转速为20rpm。
实施例2
一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将催化剂以及原料加入到反应釜中，搅拌至均匀混合，在400℃的温度条件下恒温保持10h进行热缩聚反应，期间保持气压80Mpa条件，制得反应混合母液；
步骤2：将洗油加入步骤1制得的反应混合母液中，搅拌洗涤30min，离心分离后制得中间相小球，在保护气体中，以5℃/min的升温速率将中间相小球在700℃炭化6h，制得低温炭化处理的中间相炭微球；
步骤3：将步骤2中得到的低温炭化处理的中间相炭微球置于浸渍液中进行浸渍掺杂处理后，离心分离，洗涤，干燥处理后，在150℃低温下烧结8h即得锂离子电池负极材料。
所述原料按照重量份包括以下：石油沥青30份、焦油煤10份、石油焦15份、碳纤维12份、重质芳香烃10份。
所述催化剂选自异丙醇铝、硝酸锰、硝酸铁、硝酸钴、氧化钴、溴化钴、溴化钴、氟化钴、溴化铜、氟化铜、氧化锌、氯化锌、溴化锌、氟化锌中的一种或多种。
所述保护气体为氮气、氩气或者氦气。
所述步骤3中的浸渍液为乙醇溶液，其中，浸渍液的浓度为30%。
所述步骤3中的干燥处理的温度为70%，干燥后的含水量为10%。
所述步骤3中离心分离的转速为25rpm。
实施例3
一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将催化剂以及原料加入到反应釜中，搅拌至均匀混合，在500℃的温度条件下恒温保持15h进行热缩聚反应，期间保持气压100Mpa条件，制得反应混合母液；
步骤2：将洗油加入步骤1制得的反应混合母液中，搅拌洗涤50min，离心分离后制得中间相小球，在保护气体中，以10℃/min的升温速率将中间相小球在1000℃炭化9h，制得低温炭化处理的中间相炭微球；
步骤3：将步骤2中得到的低温炭化处理的中间相炭微球置于浸渍液中进行浸渍掺杂处理后，离心分离，洗涤，干燥处理后，在200℃低温下烧结10h即得锂离子电池负极材料。
所述原料按照重量份包括以下：石油沥青40份、焦油煤15份、石油焦20份、碳纤维15份、重质芳香烃15份。
所述催化剂选自草酸亚铁、硝酸铝、二乙酸铝、草酸铝、氧化锰、三氧化二锰、氯化锰、溴化锰、氟化锰中的一种或多种。
所述保护气体为氮气、氩气或者氦气。
所述步骤3中的浸渍液为乙醇溶液，其中，浸渍液的浓度为50%。
所述步骤3中的干燥处理的温度为80%，干燥后的含水量为15%。
所述步骤3中离心分离的转速为30rpm。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂离子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：将催化剂以及原料加入到反应釜中，搅拌至均匀混合，在300~500℃的温度条件下恒温保持3~15h进行热缩聚反应，期间保持气压10~100Mpa条件，制得反应混合母液；
步骤2：将洗油加入步骤1制得的反应混合母液中，搅拌洗涤10~50min，离心分离后制得中间相小球，在保护气体中，以1℃/min~10℃/min的升温速率将中间相小球在500~1000℃炭化3~9h，制得低温炭化处理的中间相炭微球；
步骤3：将步骤2中得到的低温炭化处理的中间相炭微球置于浸渍液中进行浸渍掺杂处理后，离心分离，洗涤，干燥处理后，在100~200℃低温下烧结2~10h即得锂离子电池负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述原料按照重量份包括以下：石油沥青20~40份、焦油煤5~15份、石油焦10~20份、碳纤维10~15份、重质芳香烃3~15份。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂选自草酸亚铁、硝酸铝、二乙酸铝、草酸铝、氧化锰、三氧化二锰、氯化锰、溴化锰、氟化锰中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述催化剂选自异丙醇铝、硝酸锰、硝酸铁、硝酸钴、氧化钴、溴化钴、溴化钴、氟化钴、溴化铜、氟化铜、氧化锌、氯化锌、溴化锌、氟化锌中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述保护气体为氮气、氩气或者氦气。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的浸渍液为乙醇溶液，其中，浸渍液的浓度为10~50%。
7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中的干燥处理的温度为50~80%，干燥后的含水量为5~15%。
8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3中离心分离的转速为20~30rpm。
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