CN108281653A - 一种锂离子电池负极用球化硬碳材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池负极用球化硬碳材料及其制备方法，涉及锂离子电池负极材料技术领域，制备方法包括以下步骤：采用行星式球磨机对硬碳原料进行球磨预处理，得球磨粉末；采用等离子球化设备对球磨粉末进行球化处理，得到比表面积低，粒度分布均匀、集中的球化粉末；对球化粉末进行振筛处理，剔除粒度不均匀的颗粒。本发明中使用的原料来源广泛，制备的球化硬碳材料在锂离子电池中具有较低的比表面积、较高的振实密度、更高的体积比容量，首次充放电效率较高、能满足大电流充放电及高安全性能等优势。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种锂离子电池负极用球化硬碳材料及其制备方法。
背景技术
能源和环境是当今人类面临的两大难题，开发新能源材料对于解决以上问题具有重要意义。与传统的铅酸电池、镍镉电池相比，锂离子电池具有高电压、高容量的重要优点，且循环寿命长、安全性能好，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景。
负极材料是锂离子电池的关键材料之一，碳负极材料自上世纪80年代研究以来，至今仍受到广泛的关注。碳负极材料主要包括天然石墨、人造石墨、硬碳和软碳。硬碳，指难石墨化碳，是高分子聚合物的热解碳。硬碳材料因其相互交错的层状结构而具有较好的倍率性能，并且其嵌锂容量高、结构稳定、充放电循环寿命长。但是，硬碳具有闭合的多孔和较大的比表面积，具有比较低的真密度和振实密度。在经过首次充放电时由于副反应带来的不可逆容量损失较大，导致电芯首效较低。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种比表面积较低、振实密度较高、首次可逆容量及库仑效率得到明显提升、安全性较高的锂离子电池负极用球化硬碳材料及其制备方法。
本发明提出的一种锂离子电池负极用球化硬碳材料的制备方法，包括以下步骤：
1)采用行星式球磨机对硬碳原料进行球磨预处理，得球磨粉末；
2)采用等离子球化设备对球磨粉末进行球化处理，得到比表面积低，粒度分布均匀、集中的球化粉末；
3)对球化粉末进行振筛处理，剔除粒度不均匀的颗粒。
优选地，所述步骤1)中行星式球磨机的磨球为玛瑙球，球料比为10：1，球磨转速为100～300r/min，球磨时间为2～6h。
优选地，所述步骤2)中等离子球化设备的送粉速率为2～8g/min，载气流量为30～60L/min。
优选地，所述步骤3)中振筛时间为2～4h，筛网目数为1800目。
本发明还提出了根据上述方法制备的锂离子电池负极用球化硬碳材料。
有益效果：本发明中使用的硬碳原料来源广泛，先采用行星式球磨机对硬碳原料进行粉碎、研磨，得到球磨微颗粒粉末，再通过等离子球化技术对其进行球化处理，降低材料的比表面积，减少了充电时电解液在其表面生成SEI膜等副反应引起的不可逆容量损失，不仅提高了材料的首次可逆容量及库仑效率，也使材料的安全性能得以提升；制备的球化硬碳材料的球状结构紧密填充，可以用于制作高体积比容量的电池；同时，硬碳材料也因其相互交错的层状结构而具有较好的倍率性能，能满足大电流充放电的要求。
附图说明
图1是本发明锂离子电池负极用球化硬碳材料的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
图1是本发明锂离子电池负极用球化硬碳材料的制备方法的流程图。
实施例1
本发明提出的一种锂离子电池负极用球化硬碳材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将硬碳原料置于行星式球磨机中进行球磨，球磨转速为200r/min，球磨时间为3h，得球磨粉末；
2)将120g球磨粉末在载气流高纯氩气的作用下送入等离子球化设备中进行球化处理，设备的送粉速率为4.2g/min，载气流量为50L/min，得到54.6g球化后的硬碳粉末，粉末球化率为95％；
3)对球化后的硬碳粉末进行电动振筛，筛网目数为1800目，设置时间为4h，将粒度不均颗粒剔除，最终得到粒度均匀的球形硬碳粉末。
实施例2
本发明提出的一种锂离子电池负极用球化硬碳材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将硬碳原料置于行星式球磨机中进行球磨，球磨转速为300r/min，球磨时间为2h，得球磨粉末；
2)将120g球磨粉末在载气流高纯氩气的作用下送入等离子球化设备中进行球化处理，设备的送粉速率为2.0g/min，载气流量为60L/min，得到46.4g球化后的硬碳粉末，粉末球化率为92％；
3)对球化后的硬碳粉末进行电动振筛，筛网目数为1800目，设置时间为2h，将粒度不均颗粒剔除，最终得到粒度均匀的球形硬碳粉末。
实施例3
本发明提出的一种锂离子电池负极用球化硬碳材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将硬碳原料置于行星式球磨机中进行球磨，球磨转速为100r/min，球磨时间为6h，得球磨粉末；
2)将120g球磨粉末在载气流高纯氩气的作用下送入等离子球化设备中进行球化处理，设备的送粉速率为6.1g/min，载气流量为40L/min，得到48.6g球化后的硬碳粉末，粉末球化率为94％；
3)对球化后的硬碳粉末进行电动振筛，筛网目数为1800目，设置时间为3h，将粒度不均颗粒剔除，最终得到粒度均匀的球形硬碳粉末。
实施例4
本发明提出的一种锂离子电池负极用球化硬碳材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将硬碳原料置于行星式球磨机中进行球磨，球磨转速为150r/min，球磨时间为5h，得球磨粉末；
2)将120g球磨粉末在载气流高纯氩气的作用下送入等离子球化设备中进行球化处理，设备的送粉速率为8.0g/min，载气流量为30L/min，得到45.8g球化后的硬碳粉末，粉末球化率为90％；
3)对球化后的硬碳粉末进行电动振筛，设置时间为3h，将粒度不均颗粒剔除，最终得到粒度均匀的球形硬碳粉末。
对比例1
一种锂离子电池负极用硬碳材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将硬碳原料置于行星式球磨机中进行球磨，球磨转速为200r/min，球磨时间为3h；
2)将步骤1)中得到的材料进行电动振筛，设置时间为4h，最终得到硬碳材料。
将以上实施例1-4和对比例1制备的硬碳材料作为锂离子电池负极活性材料，并对其进行常温充放电和循环测试性能测试：硬碳材料与导电剂、粘结剂按质量比8:1:1混合制备极片，金属锂作为对电极，电解液为1mol/LLiFP6/EC:DMC＝1:1(w:w)，所用隔膜为PP(Celgard 2400)，在氩气气氛手套箱中装配扣式电池，并对扣电进行充放电测试，电压范围为0.001-2.0V，电流密度为0.1C。各电池性能测试结果如下表1所示(数据结果均是采取测试3次后取平均值)。
表1性能测试数据
从上表1可以看出，实施例1-4制备的球化硬碳材料的首次放电容量、首次库仑效率、25℃循环100周后放电容量等性能参数均明显优于对比例1。这是由于对比例1中制备的硬碳材料未经球化，较大的比表面积造成了较高的首次不可逆容量，从而降低了首次库仑效率。而本发明中通过等离子球化技术对硬碳材料进行球化处理，降低了材料的比表面积，减少了充电时电解液在其表面生成SEI膜等副反应引起的不可逆容量损失，一方面提高了材料的首次库仑效率，另一方面也使材料的安全性能得以提升。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种锂离子电池负极用球化硬碳材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用行星式球磨机对硬碳原料进行球磨预处理，得球磨粉末；
2)采用等离子球化设备对球磨粉末进行球化处理，得到比表面积低，粒度分布均匀、集中的球化粉末；
3)对球化粉末进行振筛处理，剔除粒度不均匀的颗粒。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极用球化硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中行星式球磨机的磨球为玛瑙球，球料比为10：1，球磨转速为100～300r/min，球磨时间为2～6h。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极用球化硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中等离子球化设备的送粉速率为2～8g/min，载气流量为30～60L/min。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极用球化硬碳材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中振筛时间为2～4h，筛网目数为1800目。
5.一种根据权利要求1-4任一所述方法制备的锂离子电池负极用球化硬碳材料。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | 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: 20180713 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |