CN111342046A - 一种高容量的锂离子电池负极材料 - Google Patents

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Abstract

一种碱金属化合物改性的锂离子电池负极材料及其制备本发明涉及锂离子电池人造石墨负极材料技术领域，具体的说是一种高容量人造石墨负极材料的制备方法，即以石油焦为基材制作人造石墨负极材料过程中加入碱金属化合物，除掉石油焦中的硫元素，利用碱金属化合物高导电率，增强锂离子在石墨负极材料的离子迁移运动能力，降低内阻，促进充放电过程中锂离子在人造石墨负极材料的嵌入及脱出运动，减少锂离子电池的极化现象与金属锂晶枝的生长并保持负极材料的有序排列，从而达到改善人造石墨负极材料电性能。

Description

一种高容量的锂离子电池负极材料
技术领域
本发明属于电池材料领域，具体涉及一种高容量的锂离子电池负极材料。其特征在于采用碱金属化合物作为优化剂改性材料。
技术背景
由于不可再生资源的日益枯竭，以及在环保意识越来越引起人们关注的时代背景下，电池技术取得了突飞猛进的进步，二次环保绿色电池成为电池技术发展的首选。而锂离子电池以其高比能量、高比容量、长循环稳定性、绿色环保等优点成为电池行业发展的首选的二次电池系列。其中人造石墨具有生产成本低、开发前景好的优点，受到国内外锂离子电池行业的重视。
目前人造用于锂离子电池负极材料还存在一些缺点，其表面易与电解液发生不可逆反应造成充放电效率的降低、因溶剂共嵌入引起的电池可逆容量降低、材料体积膨胀、循环性能差等，因此通过开发寻求新的方法来改善这些状况是现在急需解决的问题。为了改善石墨的结构和性能，本专利提出了在煅烧中引入碱金属化合物优化剂。碱金属化合物优化剂的加入会影响碳材料的结构。在某些情况下，这些金属可以进入夹层结构，形成夹层金属，并且碱金属原子更容易吸附在缺陷区域空位上方，从而提高负极材料的容量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高容量的锂离子电池负极材料的制备方法，该方法制备的石墨负极材料是在石油焦石墨化前加入碱金属化合物，碱金属可以进入夹层结构，形成夹层金属，从而提高负极材料的容量。
为实现上诉目的，本发明采用的技术方案为：一种高容量的锂离子电池负极材料，以石油焦为基材制作人造石墨负极材料过程中加入碱金属化合物。
本发明所解决的技术问题在于，利用碱金属化合物高导电率，增强锂离子在石墨负极材料的离子迁移运动能力，降低内阻，促进充放电过程中锂离子在人造石墨负极材料的嵌入及脱出运动，减少锂离子电池的极化现象与金属锂晶枝的生长并保持负极材料的有序排列，从而达到改善人造石墨负极材料电性能。
所述碱金属化合物优选氢氧化钠、碳酸钠、硫代硫酸钠、碳酸氢钠中的至少一种。
本发明对碱金属化合物的状态有特殊要求，其状态主要是粉末状，是为了提高碱金属化合物在负极材料的分散性，使其均匀的分布在负极材料。
所述碱金属化合物在负极材料中所占质量比重为1～20％，制备时，碱金属化合物可以直接混合于锂离子电池负极材料。
本发明具体步骤如下：
(1)将石油焦先进行磨粉处理，磨粉粒径要求在3～15μm；
(2)将所述焦炭与沥青质量比例为60:40～99:1进行混料；将混合好的料在200～700℃惰性气体保护下进行热处理3～18h；
(3)经过热处理的中温料经过整形筛分，将碱金属化合物按照质量比为1～20％加入其中混合均匀；
(4)最后热处理后的混合料以2800～3200℃，石墨化20～80h，然后冷却至室温，筛分出符合粒度要求的石墨负极材料。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需使用的附图作简单地简绍，显而易见地，下面描述的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是按照具体实施例1添加碱金属化合物的人造石墨扫描电镜照片。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的制备步骤做进一步地阐释。
实施例1
按质量比95:5分别称取石油焦磨粉料、沥青，然后在惰性气体保护下，以650℃进行热处理8h，然后进行整形筛分，将整形后物料与碳酸钠按95:5的质量比例进行均匀混料，混合料在2800～3200℃石墨化48h。石墨化后物料进行混料筛分，筛分后产品D50为15.513μm。该石墨负极材料制成的扣式电池容量为351.2mAh/g。
实施例2
按质量比95:5分别称取石油焦磨粉料、沥青，然后在惰性气体保护下，以650℃进行热处理8h，然后进行整形筛分，将整形后物料与氢氧化钠按95:5质量比例进行均匀混料，混合料在2800～3200℃石墨化48h。石墨化后物料进行混料筛分，筛分后产品D50为16.553μm。该石墨负极材料制成的扣式电池容量为347.4mAh/g。
实施例3
按质量比95:5分别称取石油焦磨粉料、沥青，然后在惰性气体保护下，以650℃进行热处理8h，然后进行整形筛分，将整形后物料与硫代硫酸钠按95:5质量比例进行均匀混料，混合料在2800～3200℃石墨化48h。石墨化后物料进行混料筛分，筛分后产品D50为17.064μm。该石墨负极材料制成的扣式电池容量为343.2mAh/g。
实施例4
按质量比95:5分别称取石油焦磨粉料、沥青，然后在惰性气体保护下，以650℃进行热处理8h，然后进行整形筛分，将整形后物料与碳酸氢钠按95:5质量比例进行均匀混料，混合料在2800～3200℃石墨化48h。石墨化后物料进行混料筛分，筛分后产品D50为15.372μm。该石墨负极材料制成的扣式电池容量为347.2mAh/g。
对比实施例1
按质量比95:5分别称取石油焦磨粉料、沥青，然后在惰性气体保护下，以650℃进行热处理8h，然后进行整形筛分，将整形后物料与碳酸钠按90:10的质量比例进行均匀混料，混合料在2800～3200℃石墨化48h。石墨化后物料进行混料筛分，筛分后产品D50为15.868μm。该石墨负极材料制成的扣式电池容量为350.2mAh/g。
对比实施例2
按质量比95:5分别称取石油焦磨粉料、沥青，然后在惰性气体保护下，以650℃进行热处理8h，然后进行整形筛分，将整形筛分料在2800～3200℃石墨化48h。石墨化后物料进行混料筛分，筛分后产品D50为16.226μm。该石墨负极材料制成的扣式电池容量为346.8mAh/g。
对比实施例3
按质量比99:1分别称取石油焦磨粉料、沥青，然后在惰性气体保护下，以650℃进行热处理8h，然后进行整形筛分，将整形后物料与碳酸钠按95:5的质量比例进行均匀混料，混合料在2800～3200℃石墨化48h。石墨化后物料进行混料筛分，筛分后产品D50为14.468μm。该石墨负极材料制成的扣式电池容量为350.8mAh/g。

Claims (5)

1.一种高容量的锂离子电池负极材料，其特征在于；所述以石油焦为基材制作人造石墨负极材料过程中加入合适碱金属化合物。
2.根据权利要求1所述锂离子电池负极材料，其特征在于；所述碱金属化合物为氢氧化钠、碳酸钠、硫代硫酸钠、碳酸氢钠中的至少一种。
3.根据权利要求1所述锂离子电池负极材料，其特征在于；所述碱金属化合物在负极材料中所占质量比重为1～20％。
4.根据权利要求3所述锂离子电池负极材料，其特征在于；所述碱金属化合物将在石墨化前加入到锂离子电池负极材料中。
5.根据权利要求1所述锂离子电池负极材料，其特征在于；所述锂离子电池负极材料应用于石墨基负极的磷酸铁锂电池、钴酸锂电池、镍钴锰三元电池。
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