CN110212184A - 一种锂离子电池碳负极材料的预锂化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂离子电池碳负极材料的预锂化方法,涉及锂离子电池技术领域。该锂离子电池碳负极材料的预锂化方法,按以下步骤具体进行:准备碳酸锂粉末1‑10%、碳负极材料90‑99%;将碳酸锂粉末和溶剂加入到球磨机中进行液相球磨打碎,得到100nm~1000nm的细粉;将碳负极材料加入球磨机搅拌分散,得到分散性较好的石墨混合碳酸锂粉末的浆料;选用纱网将浆料中的氧化锆球去除,得到一致性较好的粉体浆料;将粉体浆料用喷雾干燥进行干燥处理,得到预锂化的石墨负极材料。本发明通过球磨设备进行液相球磨制备出纳米级别的碳酸锂,再通过球磨分散可以得到各项同性石墨混合碳酸锂材料,从而制得一定预锂化程度的石墨材料,此法得到的产品一致性好,且容易产业化。
Description
技术领域
本发明涉及锂离子电池技术领域,涉及一种石墨化锂离子电池负极材料的预锂化方法,具体涉及一种采用液相包覆的方法对锂离子电池碳负极材料进行预锂化的方法,尤其涉及一种锂离子电池碳负极材料的预锂化方法。
背景技术
近年来,随着手机、电脑、数码相机等电子产品的快速发展,人们对高能量、高功率密度锂离子电池的要求也是越来越高。石墨化碳锂电池负极材料因具有可逆容量高和稳定性好在锂电池负极材料上得到了广泛应用。锂离子电池在首次充电过程中,锂离子会从正极脱嵌并嵌入负极中,放电过程锂离子处于一个相反的过程。在首次的充电和放电过程中,通常锂离子电池正极材料会有5%~15%的容量衰减,主要是由于负极材料表面SEI膜的形成,造成了一部分离子的消耗。虽然SEI膜的形成有利于锂离子电池的循环稳定性,但与此同时也降低了锂离子电池的容量和首次效率。因此,如何弥补在SEI膜形成过程中消耗的锂离子,一直是锂电行业的产品的开发目标。
目前,已报道的锂离子电池负极材料的预锂化方法主要有以下几种:
(1)掺杂预锂化。此法一般是将锂金属粉末与负极石墨材料、导电剂、粘结剂以及溶液一起混合形成稳定的浆料,再涂覆在导电铜箔上制成电极。该法虽然制备工艺比较简单,但缺点十分明显,其存在补偿量难控制和混浆不均匀等一列问题。
(2)接触预锂化。此法是通过将金属锂粉末或锂片紧贴在制好的负极片上,在电解液的浸润下,通过机械加压的方式促进负极片上石墨的锂化。该法的优点就是能很好控制负极材料的预锂化程度,但规模化生产较为困难。
(3)电化学预锂化。电化学预锂化是最为常用的预锂化方法,一般是用二电极方法将制好的负极石墨片和锂金属连通后再放入含有锂盐的电解液中,电化学预锂化可以通过控制电压大小来调控负极材料的嵌锂量,但此法制备过程较为繁琐,不利于产业化生产。
(4)化学预锂化。此法一般通过浸泡(丁基锂等)或水热(Li2S等)等化学反应过程来达到负极材料的预锂化。该法锂补偿量十分有限,且制备出的负极材料在后续加工中会出现吸水或与一些添加剂反应等方面的问题,不利用电芯的加工。
因此,现有的预锂化技术仍存在预锂化工艺复杂,产品一致性差,规模化生产困难等一系列的问题,需要进一步对现有工艺进行改进。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供一种锂离子电池碳负极材料的预锂化方法,本发明是通过球磨设备,用液相球磨的方法制备出纳米级别的碳酸锂,再通过球磨分散可以得到各项同性石墨混合碳酸锂材料,从而可以制得一定预锂化程度的石墨材料,此法得到的产品一致性好,且容易产业化生产。
为了实现上述的目的,本发明的技术方案如下:
本发明目的在于提供一种锂离子电池碳负极材料的预锂化方法,按以下步骤具体进行:
(1)配料:准备碳酸锂粉末1-10%、碳负极材料90-99%;
(2)高速球磨打碎:将碳酸锂粉末和溶剂加入到球磨机中进行液相球磨打碎,得到100nm~1000nm的细粉;
(3)低速球磨分散:将碳负极材料加入步骤(1)所述球磨机,进行充分搅拌分散,得到分散性较好的石墨混合碳酸锂粉末的浆料;
(4)过滤:选用纱网将步骤(2)中浆料中的氧化锆球去除,得到一致性较好的粉体浆料;
(5)喷雾干燥:将步骤(3)中得到的粉体浆料用喷雾干燥进行干燥处理,得到预锂化的石墨负极材料。
优选地,所述球磨机中氧化锆球的直径为0.1mm。
优选地,所述步骤(2)中,所述溶剂为去离子水或无水乙醇。
优选地,所述步骤(2)中,所述球磨机的转速为2000~3000转/分钟。
优选地,所述步骤(2)中,所述高速球磨打碎时间为5~7h。
优选地,所述步骤(3)中,所述石墨为人造石墨、天然石墨、石墨烯和碳纳米管中的一种或多种。
优选地,所述步骤(3)中,所述球磨机的转速为500~1000转/分钟。
优选地,所述步骤(3)中,所述低速球磨分散时间为1~4h。
优选地,所述步骤(4)中,所述纱网为100~300目。
由于采用上述的技术方案,本发明的有益效果是:
1)采用液相球磨的方法,在高速分散球磨的条件下能够将碳酸锂粉碎至粒径为纳米级,使预锂化过程更容易均匀地在负极材料中进行。
2)本发明,采用球磨分散的方法,将纳米级别的碳酸锂均匀的分散在石墨粉体中,制得的石墨负极材料具有较高的比容量、较高的首次放电效率及优异的循环性能。
3)本发明的制备工艺十分简单、规模化生产易于实现;本发明制备方法包括高速球磨打碎、低速球磨分散、过滤、喷雾干燥等步骤,整个预锂化工艺十分简单,易于实现,制得的石墨负极材料的一致性好,可以有效地提高人造石墨或天然石墨的首次放电效率,值得进行市场推广。
附图说明
图1为本发明制备得到的锂离子电池预锂化碳负极材料的SEM图,图中显示颗粒表面包覆了一层稍显粗糙的碳酸锂粉末;
图2为本发明制备的锂离子电池预锂化碳负极材料的首次充放电曲线,图中显示首次放电容量为358mAh/g;
图3为本发明制备得到的锂离子电池预锂化碳负极材料的循环图,图中显示500周后容量可保持95%以上。
具体实施方式
首先,需要说明的是,以下将以示例方式来具体说明本发明所述锂离子电池碳负极材料的预锂化方法的特点和优点等,然而所有的描述仅是用来进行说明的,而不应将其理解为对本发明形成任何限制。
下面就通过这个给出的实施例来对本发明所述锂离子电池碳负极材料的预锂化方法进行示例性说明。
本实施例所述锂离子电池碳负极材料的预锂化方法,按以下步骤具体进行:
(1)配料:准备碳酸锂粉末1-10%、碳负极材料90-99%;
(2)高速球磨打碎:将碳酸锂粉末和溶剂加入到球磨机中进行液相球磨打碎,得到100nm~1000nm的细粉;
(3)低速球磨分散:将碳负极材料加入步骤(1)所述球磨机,进行充分搅拌分散,得到分散性较好的石墨混合碳酸锂粉末的浆料;
(4)过滤:选用纱网将步骤(2)中浆料中的氧化锆球去除,得到一致性较好的粉体浆料;
(5)喷雾干燥:将步骤(3)中得到的粉体浆料用喷雾干燥进行干燥处理,得到预锂化的石墨负极材料。
上述实施例的方法步骤中,所述球磨机中氧化锆球的直径为0.1mm。所述步骤(2)中所用的溶剂为去离子水或无水乙醇。所述步骤(2)中的球磨机的转速为2000~3000转/分钟。所述步骤(2)中的高速球磨打碎时间为5~7h。所述步骤(3)中的石墨为人造石墨、天然石墨、石墨烯和碳纳米管中的一种或多种。所述步骤(3)中的球磨机的转速为500~1000转/分钟。所述步骤(3)中的低速球磨分散时间为1~4h。所述步骤(4)中的过滤纱网为100~300目。
下表为上述实施例制得的预锂化的石墨负极材料以及普通原方法典型石墨负极材料的性能表。
从上表中可以看出,本发明实施例制备的预锂化石墨负极材料的首次效率以及循环保持率明显由于普通原方法典型石墨负极材料。
Claims (9)
1.一种锂离子电池碳负极材料的预锂化方法,包括以下步骤:
(1)配料:准备碳酸锂粉末1-10%、碳负极材料90-99%;
(2)高速球磨打碎:将碳酸锂粉末和溶剂加入到球磨机中进行液相球磨打碎,得到100nm~1000nm的细粉;
(3)低速球磨分散:将碳负极材料加入步骤(1)所述球磨机,进行充分搅拌分散,得到分散性较好的石墨混合碳酸锂粉末的浆料;
(4)过滤:选用纱网将步骤(2)中浆料中的氧化锆球去除,得到一致性较好的粉体浆料;
(5)喷雾干燥:将步骤(3)中得到的粉体浆料用喷雾干燥进行干燥处理,得到预锂化的石墨负极材料。
2.根据权利要求1所述锂离子电池碳负极材料的预锂化方法,其特征在于:所述球磨机中氧化锆球的直径为0.1mm。
3.根据权利要求1所述锂离子电池碳负极材料的预锂化方法,其特征在于:所述步骤(2)中所用的溶剂为去离子水或无水乙醇。
4.根据权利要求1所述锂离子电池碳负极材料的预锂化方法,其特征在于:所述步骤(2)中的球磨机的转速为2000~3000转/分钟。
5.根据权利要求1所述锂离子电池碳负极材料的预锂化方法,其特征在于:所述步骤(2)中的高速球磨打碎时间为5~7h。
6.根据权利要求1所述锂离子电池碳负极材料的预锂化方法,其特征在于:所述步骤(3)中的石墨为人造石墨、天然石墨、石墨烯和碳纳米管中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述锂离子电池碳负极材料的预锂化方法,其特征在于:所述步骤(3)中的球磨机的转速为500~1000转/分钟。
8.根据权利要求1所述锂离子电池碳负极材料的预锂化方法,其特征在于:所述步骤(3)中的低速球磨分散时间为1~4h。
9.根据权利要求1所述锂离子电池碳负极材料的预锂化方法,其特征在于:所述步骤(4)中的过滤纱网为100~300目。
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