CN110518204A - 表面改性软碳负极材料及其制备方法、锂离子电池 - Google Patents

表面改性软碳负极材料及其制备方法、锂离子电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种表面改性软碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：将沥青在反应釜中升温进行聚合反应得到软碳，降至室温出料；采用气流粉碎分级方法对软碳进行粉粹、分级；粉粹分级完成后在软碳表面包覆一层油性物质进行改性；将表面包覆后的软碳在800℃～1500℃温度下炭化处理2～6小时；将表面包覆改性软碳球磨筛分得到成品。该表面改性软碳负极材料的制备方法，在电极材料外层均匀包覆油性物质改善表面的导电性能，从而可以提高表面改性软碳负极材料的放电容量及首次充放电效率；且该制备方法工序简单，原料来源广泛且成本低。

Description

表面改性软碳负极材料及其制备方法、锂离子电池
技术领域
本发明涉及锂电池的技术领域，特别涉及一种表面改性软碳负极材料及其制备方法、锂离子电池。
背景技术
进入21世纪，随着地球上石油储量日益枯竭，以及汽车尾气排放对环境产生的温室效应，近年来，作为有效利用锂离子电池体积小质量轻等特点的新用途，正在积极地进行作为只利用电动机驱动的电动汽车(EV)、发动机和电动机组合的混合型电动汽车(HEV)这些电动汽车用的电池的开发，其中，发动机与电池驱动电动机组合的HEV具有经济性和低油耗的特点。软碳负极材料由于其具有牢固稳定的结构，更适宜在大电流充放电下使用而备受关注，其良好的安全性能有望在电动汽车上得到应用。
但，因碳材料表面的不可逆反应，软碳负极材料的首次充放电效率较低。
为此，我们提出了一种表面改性软碳负极材料及其制备方法、锂离子电池。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种表面改性软碳负极材料及其制备方法、锂离子电池，具有放电容量大、首次充放电效率大的优点。
为实现上述目的，本发明提供了一种表面改性软碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：
步骤(1)、将沥青在反应釜中升温进行聚合反应得到软碳，降至室温出料；优选的，所述沥青为石油沥青或煤沥青。
步骤(2)、采用气流粉碎分级方法对软碳进行粉粹、分级，通过调整分级轮转速，确保颗粒粒径能够满足本发明的要求。
步骤(3)、粉粹分级完成后在软碳表面包覆一层油性物质进行改性。优选的，所述油性物质为煤焦油或重质油，所述软碳与油性物质质量比为80：20～95：5。
步骤(4)、将表面包覆后的软碳在800℃～1500℃温度下炭化处理2～6小时。
步骤(5)、将表面包覆改性软碳球磨筛分得到成品；通过调整球磨机转速，确保颗粒形貌能够满足本发明的要求。
一种上述表面改性软碳负极材料的制备方法制得的表面改性软碳负极材料，所述表面改性软碳负极材料平均粒径在8～14μm之间，比表面积在3.0～7.0m2/g，放电容量在300mAh/g以上，首次充放电效率在90％以上。
一种锂离子电池，包括采用上述表面改性软碳负极材料作为锂离子电池负极材料，所述锂离子电池测试1C充放800次容量保持率在95.5％以上。
现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的表面改性软碳负极材料的制备方法，在电极材料外层均匀包覆油性物质改善表面的导电性能，从而可以提高放电容量及首次充放电效率；且该制备方法工序简单，原料来源广泛且成本低。
附图说明
图1为本发明实施例1制得表面改性软碳负极材料的扫描电镜图。
图2为本发明采用表面改性软碳负极材料制得的锂离子电池的循环性能图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
煤沥青在反应釜中升温进行聚合反应，降至室温出料；气流粉碎分级；与重质油包覆剂(重量比90：10)搅拌下交替加入到包覆釜中，加热包覆处理；包覆结束后，在氮气的保护下，进行1150℃炭化处理4小时；之后将反应产物冷却至室温，球磨整形筛分，制得表面改性软碳负极材料。
实施例2
煤沥青在反应釜中升温进行聚合反应，降至室温出料；气流粉碎分级；与重质油包覆剂(重量比85：15)搅拌下交替加入到包覆釜中，加热包覆处理；包覆结束后，在氮气的保护下，进行1000℃炭化处理3小时；之后将反应产物冷却至室温，球磨整形筛分，制得表面改性软碳负极材料。
实施例3
煤沥青在反应釜中升温进行聚合反应，降至室温出料；气流粉碎分级；与煤焦油包覆剂(重量比90：10)搅拌下交替加入到包覆釜中，加热包覆处理；包覆结束后，在氮气的保护下，进行800℃炭化处理6小时；之后将反应产物冷却至室温，球磨整形筛分，制得表面改性软碳负极材料。
实施例4
石油沥青在反应釜中升温进行聚合反应，降至室温出料；气流粉碎分级；与重质油包覆剂(重量比95：5)搅拌下交替加入到包覆釜中，加热包覆处理；包覆结束后，在氮气的保护下，进行1100℃炭化处理3小时；之后将反应产物冷却至室温，球磨整形筛分，制得表面改性软碳负极材料。
实施例5
煤沥青在反应釜中升温进行聚合反应，降至室温出料；气流粉碎分级；与重质油包覆剂(重量比90：10)搅拌下交替加入到包覆釜中，加热包覆处理；包覆结束后，在氮气的保护下，进行1500℃炭化处理2小时；之后将反应产物冷却至室温，球磨整形筛分，制得表面改性软碳负极材料。
实施例6
煤沥青在反应釜中升温进行聚合反应，降至室温出料；气流粉碎分级；与煤焦油包覆剂(重量比80：20)搅拌下交替加入到包覆釜中，加热包覆处理；包覆结束后，在氮气的保护下，进行1100℃炭化处理3小时；之后将反应产物冷却至室温，球磨整形筛分，制得表面改性软碳负极材料。
比较例1
煤沥青在反应釜中升温进行聚合反应，降至室温出料；气流粉碎分级；在氮气的保护下，进行1100℃炭化处理3小时；之后将反应产物冷却至室温，球磨整形筛分，制得软碳负极材料。
比较例2
煤沥青在反应釜中升温进行聚合反应，降至室温出料；气流粉碎分级；与重质油包覆剂(重量比90：10)搅拌下交替加入到包覆釜中，加热包覆处理；包覆结束后，在氮气的保护下，进行1000℃炭化处理3小时，之后将反应产物冷却至室温，制得表面改性软碳负极材料。
经过上述的采用表面改性软碳负极材料的制备方法制得的表面改性软碳负极材料，图1为本发明实施例1制得表面改性软碳负极材料的扫描电镜图。下面通过实验数据对制得表面改性软碳负极材料的性能进行检验：
采用激光粒度分布仪MS2000测定样品的体积平均粒径D50，采用比表面积测定仪NOVA2000测定样品的比表面积。
本发明采用半电池测试方法为：软碳样品、含有6～7％聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮及2％的导电炭黑混合均匀，涂于铜箔上，将涂好的极片放入温度为110℃真空干燥箱中真空干燥4小时备用。模拟电池装配在充氩气的德国布劳恩手套箱中进行，电解液为1MLiPF6+EC∶DEC∶DMC＝1∶1∶1(体积比)，金属锂片为对电极，电化学性能测试在美国ArbinBT2000型电池测试仪上进行，充放电电压范围为0.005至1.0V，充放电速率为0.1C。
表1为本发明实施例和对比实施例得到的表面改性软碳负极材料体积平均粒径D50、比表面积、放电容量及首次充放电效率的数据比较：
表1各实施例及对比实施例的性能参数
请参阅表1，比较例1的放电效率低，为70.2％；比较例2的放电容量和首次充放电效率都低；采用本专利方法制备的软碳负极材料，放电容量可达300mAh/g以上，首次充放电效率90％以上，降低了不可逆容量的损失，减少正极的用量。
本发明还提供了一种锂离子电池，将实施例1制得的表面改性软碳负极材料作为锂离子电池负极材料，并对该锂离子电池进行全电池测试。全电池测试方法为：表面改性软碳负极材料作负极，钴酸锂作正极，1M-LiPF6EC∶DMC∶EMC＝1∶1∶1(体积比)溶液作电解液装配成全电池，测试1C充放800次。如图2所示，锂离子电池测试1C充放800次。本发明表面改性软碳负极材料所制得的锂离子电池的安全性能好，过充性能较好，极片加工性好；循环性能好，循环800次容量保持率可达到95％(图2所示)。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种表面改性软碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将沥青在反应釜中升温进行聚合反应得到软碳，降至室温出料；采用气流粉碎分级方法对软碳进行粉粹、分级；粉粹分级完成后在软碳表面包覆一层油性物质进行改性；将表面包覆后的软碳在800℃～1500℃温度下炭化处理2～6小时；将表面包覆改性软碳球磨筛分得到成品。
2.根据权利要求1所述的表面改性软碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述沥青为石油沥青或煤沥青。
3.根据权利要求1所述的表面改性软碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述油性物质为煤焦油或重质油。
4.根据权利要求1所述的表面改性软碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述软碳与油性物质质量比为80：20～95：5。
5.一种如权利要求1～4任一项所述的表面改性软碳负极材料的制备方法制得的表面改性软碳负极材料，其特征在于，所述表面改性软碳负极材料平均粒径在8～14μm之间，比表面积在3.0～7.0m2/g，放电容量在300mAh/g以上，首次充放电效率在90％以上。
6.一种锂离子电池，其特征在于，包括采用如权利要求6所述的表面改性软碳负极材料作为锂离子电池负极材料。
7.根据权利要求6所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池测试1C充放800次容量保持率在95.5％以上。
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