CN109449367A - 一种锂离子电池负极材料及其制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池负极材料及其制备方法 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，该方法将石油渣油在惰性气体保护下，经过预加热后加入添加剂，继续加热后得到产物A；将产物A与溶剂混合，超声、分离，得到产物B；将产物B在惰性气体保护下进行炭化反应制得锂离子电池负极材料。本方法所采取的两段式反应可以有效的提升反应的产率并增强负极材料的电性能，过程中所使用的溶剂可以有效的提纯反应所得产物，从而使得采用本发明中制备的锂离子电池负极材料组装的锂离子电池的循环性能得到提高。

Description

一种锂离子电池负极材料及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。
背景技术
进入21世纪以来，人类对石油的开采及使用量不断加大，原油的质量水平也随之降低，原油中石油渣油的比重不断增加，其比率约占石油加工前的50%，由于渣油质量差，杂质和非理想组份含量高，加工难度大，致使渣油常作为祸炉燃料被烧掉，不仅浪费有限资源，而且对环境造成了污染。另一方面,锂离子电池由于其在环保和能量密度上的优势，近年来得到了飞速发展，而随着大容量动力电池的应用，对大容量高性能负极材料的需求也越来越迫切，寻找一种廉价易得的高性能负极材料也成为了目前的当务之急。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法，采取两段式反应方式有效的提升反应的产率并增强负极材料的电性能，且反应过程中所使用的溶剂可以有效的提纯反应所得产物。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
a、在惰性气体保护下，将石油渣油预加热后加入添加剂，继续加热，得到产物A；
b、将产物A与溶剂混合，超声、分离，得到产物B；
c、将产物B在惰性气体保护下，进行炭化反应得到锂离子电池负极材料。
进一步的，所述石油渣油是环烷基原油经过常减压蒸馏所剩下的重组分，其馏程是500℃~600℃。
进一步的，在步骤a中和步骤c中，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种，其流量为10mL/s ~15mL/s。
进一步的，在步骤a中，所述的预加热的升温速率为10℃/min ~15℃/min，预加热温度为500℃~550℃，预加热时间为1h~3h。
进一步的，所述添加剂为AlCl3、硅粉、硅的氧化物中的一种或几种的组合，其添加量为所述石油渣油的2wt%~6wt%。
进一步的，在步骤a中，所述加热的温度为550~600℃，加热时间为1~3h。
进一步的，所述溶剂为甲苯、正庚烷中的至少一种，所述溶剂与所述产物A的质量比为(1~2):1。
进一步的，在步骤b中，所述超声的时间为1h~3h，功率为300W~400W。
进一步的，所述炭化反应的温度为800℃~1200℃，反应时间为3h~5h。
本发明的另一个目的在于提供一种采用上述制备方法制得的锂离子电池负极材料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的制备方法采用预加热使得石油渣油中的小分子能够通过热缩聚反应成为大分子，从而有机会在接下来的反应中参与反应，不至于被直接排出体系，增加了中间产物B的生成率，并增加了最终产品收率；此外通过溶剂的处理，降低了中间产物的分子量范围，使得中间产物在均一性上更加优秀，负极材料表现出了很好的循环稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例1中所制备的锂离子电池负极材料的SEM；
图2为本发明实施例2中所制备的锂离子电池负极材料组装成电池后的循环图。
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、完整地说明，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。
实施例1
将石油渣油250g，加入高压反应釜中，保持氩气的流量为10mL/s，以15℃/min的速度升温至500℃，加热1.5h，从添加剂添加口加入10g硅粉，升温至570℃继续加热2h，将反应釜冷却至室温，将产物A与正庚烷按照质量比1:1在烧杯中混合后，放入超声机中以300W的功率超声3h，过滤、干燥得到不溶物B，将不溶物B放入管式炉，在800℃下炭化3h制得锂离子电池负极材料。
实施例2
将石油渣油250g，加入高压反应釜，保持氩气的流量为12mL/s，从室温将温度以13℃/min的速度升温至550℃，加热1h，从添加剂添加口加入5g硅粉，以550℃继续加热3h，将反应釜冷却至室温，将产物A与正庚烷按照质量比1:1在烧杯中混合后，放入超声机中以350W的功率超声1.5h，过滤、干燥得到不溶物B，将不溶物B放入管式炉，在900℃下炭化3h制得锂离子电池负极材料。
实施例3
将石油渣油250g，加入高压反应釜，保持氮气的流量为15mL/s，从室温将温度以10℃/min的速度升温至530℃，加热3h，从添加剂添加口加入15g AlCl3，升温至600℃继续加热1h，将反应釜冷却至室温，将产物A与甲苯按照质量比1:2在烧杯中混合后，放入超声机中以400W的功率超声1h，过滤、干燥得到不溶物B，将不溶物B放入管式炉，在1200℃炭化5h制得锂离子电池负极材料。
将实施例1中制备的锂离子电池负极材料进行SEM表征，表征结果见图1。观察图1可知，本材料的一次粒子的直径在3μm以内，较小的一次粒子大小可以增加材料的电子电导率，而一次粒子较为密实可以有效的增加材料的强度，从而增强材料的循环性能和压实密度。
进一步的，将实施例2中制备的锂离子电池负极材料按照如下方法组装得到半电池：将锂离子电池负极材料与乙炔黑、PVDF按照质量比7:2:1混合，研磨均匀后，加入N-甲基吡咯烷酮（2g/100ml），搅拌成浆液，并均匀涂覆于铜箔上，在80℃真空干燥4h，烘干后剪切成所需大小备用。 在惰性气体保护的专业手套箱中进行电池装配，所使用的隔膜为PE膜，以锂片为对极片。将组装得到的半电池在新威2000测试系统上进行电化学性能测试，充放电倍率为0.5C，测试结果件图2。由图2可知，在300圈循环后电池的充放电效率依然保持在98%，且放电容量保持在300 mAh/g，电池表现出了很好的容量和循环稳定性。
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 (10)

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：
a、在惰性气体保护下，将石油渣油预加热后加入添加剂，继续加热，得到产物A；
b、将产物A与溶剂混合，超声、分离，得到产物B；
c、将产物B在惰性气体保护下，进行炭化反应得到锂离子电池负极材料。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述石油渣油是环烷基原油经过常减压蒸馏所剩下的重组分，其馏程是500℃~600℃。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤a中和步骤c中，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种，其流量为10mL/s ~15mL/s。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤a中，所述的预加热的升温速率为10℃/min ~15℃/min，预加热温度为500℃~550℃，预加热时间为1h~3h。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述添加剂为AlCl3、硅粉、硅的氧化物中的一种或几种的组合，其添加量为所述石油渣油的2wt%~6wt%。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤a中，所述加热的温度为550~600℃，加热时间为1~3h。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述溶剂为甲苯、正庚烷中的至少一种，所述溶剂与所述产物A的质量比为(1~2):1。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在步骤b中，所述超声的时间为1h~3h，功率为300W~400W。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述炭化反应的温度为800℃~1200℃，反应时间为3h~5h。
10.一种采用如权利要求1~9任一项所述的制备方法制得的锂离子电池负极材料。
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