CN110767888A - 一种锂电池负极材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锂电池生产技术领域，尤其为一种锂电池负极材料及其制备方法，一种锂电池负极材料及其制备方法，所述锂电池负极材料包括碳元素材料、导电剂、粘结剂、水溶液和包覆材料，所述碳元素材料包括鳞片石墨、焦炭和中间相碳微球，所述碳元素材料在锂电池负极材料中所占有的比例为93%‑96%，本发明中，采用丁苯橡胶包覆人造石墨与天然石墨的混合产品，使电池负极具有高放电容量和长循环寿命的特点，同时解决了在高温过程中电池的膨胀问题，进一步的降低电池在使用时发生爆炸的几率，提高了电池的使用安全性。

Description

一种锂电池负极材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及锂电池生产技术领域，具体为一种锂电池负极材料及其制备方法。

背景技术

“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池，1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究，20世纪70年代时，M. S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池，由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高，随着科学技术的发展，现在锂电池已经成为了主流，但是在使用过程中，因此，对一种锂电池负极材料及其制备方法的需求日益增长。

目前市场上存在的大部分锂电池在使用过程中，可能会由于内部短路、外部加热，或者电池自身在大电流充放电时自身发热，使电池内部温度升高到90°C~ 100°C左右，锂盐LiPF6开始分解;对于充电状态的碳负极化学活性非常高,接近金属锂，在高温下表面的SEI膜分解，嵌入石墨的锂离子与电解液、黏结剂会发生反应，进一步把电池温度推高到150°C，此温度下又有新的剧烈放热反应发生，进一步的使电池温度达到200°C之上时，正极材料分解，释放出大量热和气体，持续升温。250-350℃嵌锂态负极开始与电解液发生反应，在反应发生过程中，充电态正极材料开始发生剧烈分解反应，产生高温和大量气体，电池发生燃烧爆炸，因此，为了保持锂电池的安全使用，，针对上述问题提出一种锂电池负极材料及其制备方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电池负极材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锂电池负极材料及其制备方法，所述锂电池负极材料包括碳元素材料、导电剂、粘结剂、水溶液和包覆材料，所述碳元素材料包括鳞片石墨、焦炭和中间相碳微球，所述碳元素材料在锂电池负极材料中所占有的比例为93%-96%，所述碳元素材料中鳞片石墨制成的天然石墨、焦炭制成的人造石墨和中间相碳微球之间的比例为5:14:1。

优选的，所述导电剂的材料为导电石墨KS6或导电炭黑350G和碳纳米管。

优选的，所述粘结剂的材料为沥青、聚乙烯醇或聚四氟乙烯和羧甲基纤维素钠。

优选的，所述包覆材料使用改性丁苯橡胶。

优选的，包括以下步骤：

第一步：选取焦炭中的石油焦和针状焦，其中石油焦和针状焦的比例为1比4，同时添加沥青作为粘结剂，将石油焦、针状焦和沥青进行粉碎和造粒，随后将颗粒通过3000度的高温进行石墨化，最后通过球磨筛分制成人造石墨；

第二步：对鳞片石墨进行浮选，浮选出的淋面石墨，进行粉碎和球化加工，得到球形石墨，对球形石墨进行碳化和石墨化，再次对加工处理后的球形石墨进行筛分和除磁制成人造石墨成品；

第三步：对导电剂、粘结剂进行备料，导电剂选取导电石墨KS6、导电炭黑350G和碳纳米管的一种或者任意两种进行配料，粘结剂选取聚乙烯醇、聚四氟乙烯和羧甲基纤维素钠中的一种或者任意两种进行配料；

第四步：将导电剂与制成的人造石墨和人造石墨进行干混，将粘结剂与水溶液混合，向干混后的混合材料中添加40%-50%的混合溶液，进行搅拌，搅拌时间5小时，搅拌速度300-500rpm，搅拌完成后静置1小时再次添加剩余混合溶液，再次搅拌2小时，搅拌速度300-500rpm，形成负极材料；

第五步：将第四步制成的负极材料进行涂布烘干，随后在烘干后的锂片的侧表面包覆一层包覆材料改性丁苯橡胶，再次通过烘干和辊压形成负极片。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中，采用丁苯橡胶包覆人造石墨与天然石墨的混合产品，使电池负极具有高放电容量和长循环寿命的特点，同时解决了在高温过程中电池的膨胀问题，粘结剂中的沥青易于炭化和石墨化处理，处理后能够形成石墨类炭，该部分炭可以对电池的容量作出贡献，同时粘结剂中的聚乙烯醇、聚四氟乙烯和羧甲基纤维素钠在具有较高的粘结性，易于成膜，同时可以使制成的电极材料具有良好的化学稳定性和温度稳定性，进一步的降低电池在使用时发生爆炸的几率，提高了电池的使用安全性。

具体实施方式

实施例1：

本发明提供一种技术方案：

一种锂电池负极材料及其制备方法，所述锂电池负极材料包括碳元素材料、导电剂、粘结剂、水溶液和包覆材料，所述碳元素材料包括鳞片石墨、焦炭和中间相碳微球，所述碳元素材料在锂电池负极材料中所占有的比例为95%，所述碳元素材料中鳞片石墨制成的天然石墨、焦炭制成的人造石墨和中间相碳微球之间的比例为5:14:1，采用较少的天然石墨保证其克容量高、价格便宜的优点情况下，同时加入较多的人造石墨和中间相碳微球保持电池整体的稳定性；

优选的，所述导电剂的材料为导电石墨KS6和碳纳米管，导电石墨的特点是粒径接近正负极活性物质的粒径，表面积适中，导电性良好，它不仅可以提高电极的导电性，而且可以提高负极的容量，碳纳米管具有双电层效应，发挥起级电容器的高倍率特性，其良好的导热性能还在利于电池充放电时的散热，减少电池的极化，提高电池的高低温性能，进一步的提高电池的防爆效果。

优选的，所述粘结剂的材料为沥青、聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠，采用的粘结剂具有较高的粘结性，易于成膜，并且可以使制成的电极材料具有良好的化学稳定性和温度稳定性，

优选的，所述包覆材料使用改性丁苯橡胶，利用改性丁苯橡胶负极具有高放电容量和长循环寿命的特点，同时解决了在高温过程中电池的膨胀问题。

优选的，包括以下步骤：

第一步：选取焦炭中的石油焦和针状焦，其中石油焦和针状焦的比例为1比4，同时添加沥青作为粘结剂，将石油焦、针状焦和沥青进行粉碎和造粒，随后将颗粒通过3000度的高温进行石墨化，最后通过球磨筛分制成人造石墨；

第二步：对鳞片石墨进行浮选，浮选出的淋面石墨，进行粉碎和球化加工，得到球形石墨，对球形石墨进行碳化和石墨化，再次对加工处理后的球形石墨进行筛分和除磁制成人造石墨成品；

第三步：对导电剂、粘结剂进行备料，导电剂选取导电石墨KS6和碳纳米管按照1.5:1.3进行配比，粘结剂选取聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠进行配料，选取的导电石墨KS6导电性良好，而且可以提高负极的容量，生产和造价成本相对较低，搭配碳纳米管进行使用，稳定性高且电池容量较大；

第四步：将导电剂与制成的人造石墨和人造石墨进行干混，将粘结剂与水溶液混合，向干混后的混合材料中添加40%的混合溶液，进行搅拌，搅拌时间5小时，搅拌速度400rpm，搅拌完成后静置1小时再次添加剩余混合溶液，再次搅拌2小时，搅拌速度300rpm，形成负极材料；

第五步：将第四步制成的负极材料进行涂布烘干，随后在烘干后的锂片的侧表面包覆一层包覆材料改性丁苯橡胶，再次通过烘干和辊压形成负极片。

实施例2：

本发明提供一种技术方案：

一种锂电池负极材料及其制备方法，所述锂电池负极材料包括碳元素材料、导电剂、粘结剂、水溶液和包覆材料，所述碳元素材料包括鳞片石墨、焦炭和中间相碳微球，所述碳元素材料在锂电池负极材料中所占有的比例为95%，所述碳元素材料中鳞片石墨制成的天然石墨、焦炭制成的人造石墨和中间相碳微球之间的比例为5:14:1，采用较少的天然石墨保证其克容量高、价格便宜的优点情况下，同时加入较多的人造石墨和中间相碳微球保持电池整体的稳定性；

优选的，所述导电剂的材料为导电炭黑350G和碳纳米管，导电炭黑的特点是粒径小，导电性极好，可以起到吸液保液的作用，碳纳米管具有双电层效应，发挥起级电容器的高倍率特性，其良好的导热性能还在利于电池充放电时的散热，减少电池的极化，提高电池的高低温性能，进一步的提高电池的防爆效果。

优选的，所述粘结剂的材料为沥青、聚四氟乙烯和羧甲基纤维素钠，采用的粘结剂具有较高的粘结性，易于成膜，并且可以使制成的电极材料具有良好的化学稳定性和温度稳定性，

优选的，所述包覆材料使用改性丁苯橡胶，利用改性丁苯橡胶负极具有高放电容量和长循环寿命的特点，同时解决了在高温过程中电池的膨胀问题。

优选的，包括以下步骤：

第一步：选取焦炭中的石油焦和针状焦，其中石油焦和针状焦的比例为1比4，同时添加沥青作为粘结剂，将石油焦、针状焦和沥青进行粉碎和造粒，随后将颗粒通过3000度的高温进行石墨化，最后通过球磨筛分制成人造石墨；

第二步：对鳞片石墨进行浮选，浮选出的淋面石墨，进行粉碎和球化加工，得到球形石墨，对球形石墨进行碳化和石墨化，再次对加工处理后的球形石墨进行筛分和除磁制成人造石墨成品；

第三步：对导电剂、粘结剂进行备料，导电剂选取导电炭黑350G和碳纳米管按照1.8:1.3进行配比，粘结剂选取聚乙烯醇和羧甲基纤维素钠进行配料，选取的导电炭黑350G表面积极大，导电性极好搭配碳纳米管进行使用，在保证稳定使用的前提下，生产出的锂电池导电性更快使用更加迅捷；

第四步：将导电剂与制成的人造石墨和人造石墨进行干混，将粘结剂与水溶液混合，向干混后的混合材料中添加50%的混合溶液，进行搅拌，搅拌时间5小时，搅拌速度500rpm，搅拌完成后静置1小时再次添加剩余混合溶液，再次搅拌2小时，搅拌速度350rpm，形成负极材料；

第五步：将第四步制成的负极材料进行涂布烘干，随后在烘干后的锂片的侧表面包覆一层包覆材料改性丁苯橡胶，再次通过烘干和辊压形成负极片。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种锂电池负极材料，其特征在于：所述锂电池负极材料包括碳元素材料、导电剂、粘结剂、水溶液和包覆材料，所述碳元素材料包括鳞片石墨、焦炭和中间相碳微球，所述碳元素材料在锂电池负极材料中所占有的比例为93%-96%，所述碳元素材料中鳞片石墨制成的天然石墨、焦炭制成的人造石墨和中间相碳微球之间的比例为5:14:1。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池负极材料，其特征在于：所述导电剂的材料为导电石墨KS6或导电炭黑350G和碳纳米管。

3.根据权利要求1所述的一种锂电池负极材料，其特征在于：所述粘结剂的材料为沥青、聚乙烯醇或聚四氟乙烯和羧甲基纤维素钠。

4.根据权利要求1所述的一种锂电池负极材料，其特征在于：所述包覆材料使用改性丁苯橡胶。

5.根据权利要求1所述的一种锂电池负极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：选取焦炭中的石油焦和针状焦，其中石油焦和针状焦的比例为1比4，同时添加沥青作为粘结剂，将石油焦、针状焦和沥青进行粉碎和造粒，随后将颗粒通过3000度的高温进行石墨化，最后通过球磨筛分制成人造石墨；

第二步：对鳞片石墨进行浮选，浮选出的淋面石墨，进行粉碎和球化加工，得到球形石墨，对球形石墨进行碳化和石墨化，再次对加工处理后的球形石墨进行筛分和除磁制成人造石墨成品；

第三步：对导电剂、粘结剂进行备料，导电剂选取导电石墨KS6、导电炭黑350G和碳纳米管的一种或者任意两种进行配料，粘结剂选取聚乙烯醇、聚四氟乙烯和羧甲基纤维素钠中的一种或者任意两种进行配料；

第四步：将导电剂与制成的人造石墨和人造石墨进行干混，将粘结剂与水溶液混合，向干混后的混合材料中添加40%-50%的混合溶液，进行搅拌，搅拌时间5小时，搅拌速度300-500rpm，搅拌完成后静置1小时再次添加剩余混合溶液，再次搅拌2小时，搅拌速度300-500rpm，形成负极材料；

第五步：将第四步制成的负极材料进行涂布烘干，随后在烘干后的锂片的侧表面包覆一层包覆材料改性丁苯橡胶，再次通过烘干和辊压形成负极片。