CN112993248A - 一种人造石墨-硬碳负极材料、其制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池负极材料领域，特别是涉及一种人造石墨‑硬碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：将粘结剂溶于溶剂中，在加入人造石墨混匀，然后加入球形硬碳材料、导电剂混匀得到混合物，再将混合物进行热解；所述热解的参数为：以2～6℃/min的升温速率从30～35℃升到300～400℃保温3～5小时，再以2～6℃/min的升温速率升温至550～600℃保温4～6小时，最后以2～6℃/min的升温速率升温至850～950℃保温6～8小时，随炉冷却至20～25℃；本发明提供一种流程简单、易于实施和应用的人造石墨‑硬碳负极材料的制备方法；本发明还提供一种性能优异的人造石墨‑硬碳负极材料。

Description

一种人造石墨-硬碳负极材料、其制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及电池负极材料领域，特别是涉及一种人造石墨-硬碳负极材料、其制备方法及其应用。
背景技术
锂离子电池是当今国际公认的理想化学能源，具有体积小、容量大、电压高等优点，被广泛用于移动电话、手提电脑、数码相机等便携式电子产品，同时日益扩大的电动汽车领域将给锂离子电池带来更大的发展空间。锂离子电池负极材料是锂离子电池的重要组成部分，负极材料的组成和结构对锂离子电池的电化学性能具有决定性的影响。目前，锂离子电池所采用的负极材料一般为碳素材料，如石墨、软碳(焦炭等)、硬碳等，其中，硬碳负极材料多采用在石墨负极表面包覆一层硬碳或在硬碳材料的表面包覆石墨，如中国专利：申请公布号CN107026262A、申请公布日2017年8月8日的发明专利公开的一种表面石墨烯包覆的高容量球形硬碳负极材料。其制备方法包括以球形硬碳为原料制备氧化石墨包覆体、将包覆有氧化石墨的球形硬碳粉体在惰性气氛保护下、以700～1200℃碳化热还原处理1～6小时后降至室温的步骤。该制备工艺存在工艺流程长、参数不好控制、容易造成不同批次产品的材料性能有差异，且成品率很难控制、成本高的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种性能优异的人造石墨-硬碳负极材料。
本发明还提供一种流程简单、易于实施和应用的人造石墨-硬碳负极材料的制备方法。
本发明采用如下技术方案：
一种人造石墨-硬碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：将粘结剂溶于溶剂中，在加入人造石墨混匀，然后加入球形硬碳材料、导电剂混匀得到混合物，再将混合物进行热解；所述热解的参数为：以2～6℃/min的升温速率从30～35℃升到300～400℃保温3～5小时，再以2～6℃/min的升温速率升温至550～600℃保温4～6小时，最后以2～6℃/min的升温速率升温至850～950℃保温6～8小时，随炉冷却至20～25℃。
对上述技术方案的进一步改进为，所述粘结剂为CMC，其在负极材料中的质量百分数含量为10％～20％。
对上述技术方案的进一步改进为，所述人造石墨的纯度≥99％，该人造石墨的粒度≤9μm。
对上述技术方案的进一步改进为，所述人造石墨在负极材料中的质量百分数含量为5％～10％。
对上述技术方案的进一步改进为，所述球形硬碳材料由热解树脂制备得到。
对上述技术方案的进一步改进为，所述球形硬碳材料在负极材料中的质量百分数含量为65％～80％。
对上述技术方案的进一步改进为，所述导电剂为炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、三元导电浆料、二元导电浆料中的一种。
对上述技术方案的进一步改进为，所述导电剂在负极材料中的质量百分数含量为3.5％～5％。
一种人造石墨-硬碳负极材料，所述材料使用上述制备方法制得。
一种人造石墨-硬碳负极材料的应用，所述材料用于锂电池。
本发明的有益效果为：
一方面，本发明将硬碳材料在负极材料中的比例控制在合适的范围内，不仅能够实现复合负极材料的容量发挥和低温特性的有效平衡并优化电池的综合性能，在大幅提升电池低温放电性能的同时将对电池容量发挥的影响降到最低，而且可提升电池的倍率性能，另一方面，本设计的工艺流程简单，易于实施和应用，且工艺成本低。因此，本发明不仅提升了电池的低温放电性能以及倍率性能，而且工艺简单、成本低。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
一种人造石墨-硬碳负极材料的制备方法，包括如下步骤：将粘结剂溶于溶剂中，在加入人造石墨混匀，然后加入球形硬碳材料、导电剂混匀得到混合物，再将混合物进行热解；所述热解的参数为：以2～6℃/min的升温速率从30～35℃升到300～400℃保温3～5小时，再以2～6℃/min的升温速率升温至550～600℃保温4～6小时，最后以2～6℃/min的升温速率升温至850～950℃保温6～8小时，随炉冷却至20～25℃。
所述粘结剂为CMC，其在负极材料中的质量百分数含量为10％～20％。
所述人造石墨的纯度≥99％，该人造石墨的粒度≤9μm。该石墨具有石墨化程度高、容量保持稳定、工艺流程简单且性价比较高的特点。
所述人造石墨在负极材料中的质量百分数含量为5％～10％。
所述球形硬碳材料由热解树脂制备得到。热解树脂是指难以石墨化的树脂，如酚醛树脂等。
所述球形硬碳材料在负极材料中的质量百分数含量为65％～80％。
所述导电剂为炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、三元导电浆料、二元导电浆料中的一种。
所述导电剂在负极材料中的质量百分数含量为3.5％～5％。
一种人造石墨-硬碳负极材料，所述材料使用上述制备方法制得。
一种人造石墨-硬碳负极材料的应用，所述材料用于锂电池。
实施例1
一种锂电池，其负极材料为人造石墨-硬碳负极材料，该材料的制备方法包括如下步骤：将粘结剂溶于溶剂中，在加入人造石墨混匀，然后加入球形硬碳材料、导电剂混匀得到混合物，再将混合物进行热解；所述热解的参数为：以2～6℃/min的升温速率从30℃升到300℃保温3～5小时，再以2～6℃/min的升温速率升温至550℃保温4～6小时，最后以2～6℃/min的升温速率升温至850℃保温6小时，随炉冷却至20℃。
所述粘结剂为CMC，其在负极材料中的质量百分数含量为10％；人造石墨在负极材料中的质量百分数含量为10％；所述球形硬碳材料在负极材料中的质量百分数含量为75％；所述导电剂在负极材料中的质量百分数含量为5％。
实施例2
一种锂电池，其负极材料为人造石墨-硬碳负极材料，该材料的制备方法包括如下步骤：将粘结剂溶于溶剂中，在加入人造石墨混匀，然后加入球形硬碳材料、导电剂混匀得到混合物，再将混合物进行热解；所述热解的参数为：以2～6℃/min的升温速率从33℃升到350℃保温3～5小时，再以2～6℃/min的升温速率升温至560℃保温4～6小时，最后以2～6℃/min的升温速率升温至900℃保温7小时，随炉冷却至22℃。
所述粘结剂为CMC，其在负极材料中的质量百分数含量为17％；人造石墨在负极材料中的质量百分数含量为8％；所述球形硬碳材料在负极材料中的质量百分数含量为70％；所述导电剂在负极材料中的质量百分数含量为5％。
实施例3
一种锂电池，其负极材料为人造石墨-硬碳负极材料，该材料的制备方法包括如下步骤：将粘结剂溶于溶剂中，在加入人造石墨混匀，然后加入球形硬碳材料、导电剂混匀得到混合物，再将混合物进行热解；所述热解的参数为：以2～6℃/min的升温速率从30～35℃升到400℃保温3～5小时，再以2～6℃/min的升温速率升温至600℃保温4～6小时，最后以2～6℃/min的升温速率升温至950℃保温8小时，随炉冷却至25℃。
所述粘结剂为CMC，其在负极材料中的质量百分数含量为11％；人造石墨在负极材料中的质量百分数含量为5％；所述球形硬碳材料在负极材料中的质量百分数含量为80％；所述导电剂在负极材料中的质量百分数含量为4％。
一方面，本发明将硬碳材料在负极材料中的比例控制在合适的范围内，不仅能够实现复合负极材料的容量发挥和低温特性的有效平衡并优化电池的综合性能，在大幅提升电池低温放电性能的同时将对电池容量发挥的影响降到最低，而且可提升电池的倍率性能，另一方面，本设计的工艺流程简单，易于实施和应用，且工艺成本低。因此，本发明不仅提升了电池的低温放电性能以及倍率性能，而且工艺简单、成本低。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种人造石墨-硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将粘结剂溶于溶剂中，在加入人造石墨混匀，然后加入球形硬碳材料、导电剂混匀得到混合物，再将混合物进行热解；所述热解的参数为：以2～6℃/min的升温速率从30～35℃升到300～400℃保温3～5小时，再以2～6℃/min的升温速率升温至550～600℃保温4～6小时，最后以2～6℃/min的升温速率升温至850～950℃保温6～8小时，随炉冷却至20～25℃。
2.根据权利要求1所述的人造石墨-硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述粘结剂为CMC，其在负极材料中的质量百分数含量为10％～20％。
3.根据权利要求1所述的人造石墨-硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述人造石墨的纯度≥99％，该人造石墨的粒度≤9μm。
4.根据权利要求3所述的人造石墨-硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述人造石墨在负极材料中的质量百分数含量为5％～10％。
5.根据权利要求1所述的人造石墨-硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述球形硬碳材料由热解树脂制备得到。
6.根据权利要求5所述的人造石墨-硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述球形硬碳材料在负极材料中的质量百分数含量为65％～80％。
7.根据权利要求1所述的人造石墨-硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述导电剂为炭黑、碳纤维、碳纳米管、石墨烯、三元导电浆料、二元导电浆料中的一种。
8.根据权利要求7所述的人造石墨-硬碳负极材料的制备方法，其特征在于，所述导电剂在负极材料中的质量百分数含量为3.5％～5％。
9.一种人造石墨-硬碳负极材料，其特征在于，所述材料使用如权利要求1-8任一项所述的制备方法制得。
10.一种人造石墨-硬碳负极材料的应用，其特征在于，所述材料用于锂电池。
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