CN113422026B - 一种可在低温下充电的负极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可在低温下充电的负极材料及其制备方法，包括以下制备步骤：将各向同性焦进行粉碎、并整形成类球形状；炭化处理1~5h；石墨化处理，除磁筛分后备用；将步骤三石墨化后的物料加入磷酸二氢锂溶液中，同时再加入助溶剂搅拌均匀；将搅拌均匀后的混合物过滤，真空干燥后进行热处理，使得磷酸二氢锂在粉体表面分解生成Li3PO4包覆层，经300~400目筛分处理，得成品，本专利采用粉碎、整形、炭化、石墨化、二次包覆炭化工艺技术，制备出具备‑40℃条件使用锂离子电池负极材料，满足人们对极低温度锂离子电池的需求。

Description

一种可在低温下充电的负极材料及其制备方法
技术领域
本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种可在低温下充电的负极材料及其制备方法。
背景技术
随着能源危机、环境污染、温室效应等问题的日益突出，锂离子电池作为绿色环保能源已经广泛应用于各种领域，锂离子电池因质量轻、比能量高、寿命长、易于包装和高安全性能的优势，被广泛应用与各种电子设备，近五年来市场需求呈稳步增长趋势。随着锂离子电池的广泛应用，各种电子设备的使用条件也对锂离子电池有更苛刻的要求。例如锂离子电池的温度特性。普通锂离子电池，在-20℃条件下，放电仅为初始容量的50％～60％，而低温充电更是只能满足0℃以上的充电条件。传统锂离子电池的这一问题显然不能满足一些室外应用领域，例如军工兵器、航天航空、车载电源、极地科考、寒带抢险、电力通信、公共安全、铁路、船舶、机器人等。
在低温环境中，影响锂离子电池充放电的主要因素有：1)电解液黏度随着温度的降低而明显升高，Li+传输速率缓慢，电导率急剧下降；2)Li+的固液相扩散速率降低，动力学性能下降，电子和Li+在负极界面的传输速率降低，特别是对于石墨类负极体系，此点愈发明显，大大影响了锂离子电池的低温性能。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种可在低温下充电的负极材料及其制备方法，本专利采用粉碎、整形、炭化、石墨化、二次包覆炭化工艺技术，制备出具备-40℃条件使用锂离子电池负极材料，满足人们对极低温度锂离子电池的需求。
本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是：一种可在低温下充电的负极材料的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤一、将各向同性焦进行粉碎、并整形成类球形状；
步骤二、将步骤一处理过的物料在温度为800~1300℃的条件下炭化处理1~5h；
步骤三、将步骤二处理得到的物料在温度为2800~3200℃的条件下进行石墨化处理，除磁筛分后备用；
步骤四、将步骤三石墨化后的物料加入磷酸二氢锂溶液中，同时再加入助溶剂搅拌均匀；
步骤五、将步骤四的混合物过滤，在温度为50~120℃的条件下真空干燥12~24h，并在温度为300~700℃的条件下进行热处理，使得磷酸二氢锂在粉体表面分解生成Li3PO4包覆层，经300~400目筛分处理，得成品。
进一步的，步骤一中各向同性焦为沥青焦。
进一步的，步骤一中处理后的物料的粒径为5~7μm。
进一步的，步骤四中磷酸二氢锂溶液的质量浓度为0.1~5%。
进一步的，步骤四中助溶剂为异丙醇、丙二醇、丁二醇中的一种或多种组合。
进一步的，步骤四中石墨化后的物料与磷酸二氢锂溶液的质量比为1：1.2~5，助溶剂占石墨化后的物料与磷酸二氢锂溶液总质量的0.1~1%。
进一步的，步骤五中是在惰性气氛中进行热处理，惰性气氛为氮气。
一种可在低温下充电的负极材料，所述负极材料是通过权利要求1~7任意一项制备方法得到的。
本发明的有益效果为：本专利采用粉碎、整形、炭化、石墨化、二次包覆炭化工艺技术，制备出具备-40℃条件使用锂离子电池负极材料，满足人们对极低温度锂离子电池的需求，本专利制备出的产品达到的技术指标如下：克容量≥330mAh/g；压实密度≥1.45g/cc；满电膨胀≤15%；LCO循环800周保持率≥80%，满足-40℃低温充放电，满足5C倍率充电和60~70℃瞬间放电倍率。
具体实施方式
结合具体实施方式对本发明实施例加以详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
一种可在低温下充电的负极材料的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤一、将各向同性焦进行粉碎、并整形成类球形状；
步骤二、将步骤一处理过的物料在温度为800~1300℃的条件下炭化处理1~5h，该步骤的目的是去除部分颗粒内部挥发物，使得颗粒局部收缩，提升材料形貌和振实密度；
步骤三、将步骤二处理得到的物料在温度为2800~3200℃的条件下进行石墨化处理，除磁筛分后备用；
步骤四、将步骤三石墨化后的物料加入磷酸二氢锂溶液中，同时再加入助溶剂搅拌均匀；
步骤五、将步骤四的混合物过滤，在温度为50~120℃的条件下真空干燥12~24h，并在温度为300~700℃的条件下进行热处理，使得磷酸二氢锂在粉体表面分解生成Li3PO4包覆层，经300~400目筛分处理，得成品。
进一步的，步骤一中各向同性焦为沥青焦。
进一步的，步骤一中处理后的物料的粒径为5~7μm。
进一步的，步骤四中磷酸二氢锂溶液的质量浓度为0.1~5%。
进一步的，步骤四中助溶剂为异丙醇、丙二醇、丁二醇中的一种或多种组合。
进一步的，步骤四中石墨化后的物料与磷酸二氢锂溶液的质量比为1：1.2~5，助溶剂占石墨化后的物料与磷酸二氢锂溶液总质量的0.1~1%。
进一步的，步骤五中是在惰性气氛中进行热处理，惰性气氛为氮气。
一种可在低温下充电的负极材料，所述负极材料是通过权利要求1~7任意一项制备方法得到的。
实施例1
一种可在低温下充电的负极材料的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤一、将沥青焦进行粉碎、并整形成类球形状，粒径为5~7μm；
步骤二、将步骤一处理过的物料在温度为1200℃的条件下炭化处理1~5h，该步骤的目的是去除部分颗粒内部挥发物，使得颗粒局部收缩，提升材料形貌和振实密度；
步骤三、将步骤二处理得到的物料在温度为3000℃的条件下进行石墨化处理，除磁筛分后备用；
步骤四、将步骤三石墨化后的物料加入质量浓度为0.1~5%的磷酸二氢锂溶液中，同时再加入助溶剂搅拌均匀，助溶剂为异丙醇、丙二醇、丁二醇中的一种或多种组合；石墨化后的物料与磷酸二氢锂溶液的质量比为1：1.2~5，助溶剂占石墨化后的物料与磷酸二氢锂溶液总质量的0.1~1%；
步骤五、将步骤四的混合物过滤，在温度为50~120℃的条件下真空干燥12~24h，并在温度为300~700℃的氮气氛围下进行热处理，使得磷酸二氢锂在粉体表面分解生成Li3PO4包覆层，经300~400目筛分处理，得成品。
实施例2
一种可在低温下充电的负极材料的制备方法，包括以下制备步骤：
步骤一、将沥青焦进行粉碎、并整形成类球形状，粒径为6μm；
步骤二、将步骤一处理过的物料在温度为1100℃的条件下炭化处理3h，该步骤的目的是去除部分颗粒内部挥发物，使得颗粒局部收缩，提升材料形貌和振实密度；
步骤三、将步骤二处理得到的物料在温度为2900℃的条件下进行石墨化处理，除磁筛分后备用；
步骤四、将步骤三石墨化后的物料加入质量浓度为3%的磷酸二氢锂溶液中，同时再加入助溶剂搅拌均匀，助溶剂为异丙醇、丙二醇、丁二醇中的一种或多种组合；石墨化后的物料与磷酸二氢锂溶液的质量比为1：3，助溶剂占石墨化后的物料与磷酸二氢锂溶液总质量的0.1~1%；
步骤五、将步骤四的混合物过滤，在温度为100℃的条件下真空干燥12~24h，并在温度为500℃的氮气氛围下进行热处理，使得磷酸二氢锂在粉体表面分解生成Li3PO4包覆层，经325目筛分处理，得成品。
本专利采用粉碎、整形、炭化、石墨化、二次包覆炭化工艺技术，基于磷氧键的高导电性，引入Li3PO4包覆层的引入，可大幅度提升负极材料的锂离子电导率，从而改善倍率性能，制备出具备-40℃条件使用锂离子电池负极材料，满足人们对极低温度锂离子电池的需求，本专利制备出的产品达到的技术指标如下：克容量≥330mAh/g；压实密度≥1.45g/cc；满电膨胀≤15%；LCO循环800周保持率≥80%，满足-40℃低温充放电，满足5C倍率充电和60~70℃瞬间放电倍率。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
应当指出，虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述，然而本发明还可以有其他的多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种可在低温下充电的负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
步骤一、将各向同性焦进行粉碎、并整形成类球形状；
步骤二、将步骤一处理过的物料在温度为800~1300℃的条件下炭化处理1~5h；
步骤三、将步骤二处理得到的物料在温度为2800~3200℃的条件下进行石墨化处理，除磁筛分后备用；
步骤四、将步骤三石墨化后的物料加入磷酸二氢锂溶液中，磷酸二氢锂溶液的质量浓度为0.1~5%，同时再加入助溶剂搅拌均匀；
步骤五、将步骤四的混合物过滤，在温度为50~120℃的条件下真空干燥12~24h，并在温度为300~700℃的条件下进行热处理，使得磷酸二氢锂在粉体表面分解生成Li3PO4包覆层，经300~400目筛分处理，得成品。
2.根据权利要求1所述的一种可在低温下充电的负极材料的制备方法，其特征在于：步骤一中各向同性焦为沥青焦。
3.根据权利要求1所述的一种可在低温下充电的负极材料的制备方法，其特征在于：步骤一中处理后的物料的粒径为5~7μm。
4.根据权利要求1所述的一种可在低温下充电的负极材料的制备方法，其特征在于：步骤四中助溶剂为异丙醇、丙二醇、丁二醇中的一种或多种组合。
5.根据权利要求1所述的一种可在低温下充电的负极材料的制备方法，其特征在于：步骤四中石墨化后的物料与磷酸二氢锂溶液的质量比为1：1.2~5，助溶剂占石墨化后的物料与磷酸二氢锂溶液总质量的0.1~1%。
6.根据权利要求1所述的一种可在低温下充电的负极材料的制备方法，其特征在于：步骤五中是在惰性气氛中进行热处理，惰性气氛为氮气。
7.一种可在低温下充电的负极材料，其特征在于：所述负极材料是通过权利要求1~6任意一项制备方法得到的。
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