CN1278437C - 锂离子电池炭负极材料生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了锂离子电池炭负极材料生产方法，以石油沥青或煤沥青为原料，在400～460℃温度下进行聚合反应，在反应后期取样进行偏光显微镜观察，当体系中间相含量达到20～80%时终止反应，冷却后进行粉碎得到原料A。以平均粒径10～25μm的炭粉、天然石墨粉、人造石墨粉或其混合物为原料B。以重油、洗油、蒽油等有机溶剂为原料C。将以上三种原料按A/B＝5～70/95～30，(A+B)/C＝20～70/80～30的比例和150～200℃温度进行混合，在搅拌状态和400～600℃温度下进行热处理，在900～1200℃温度下进行炭化处理，在2600～3000℃温度下进行石墨化处理。本发明的优点在于：容量高、循环寿命长。

Description

锂离子电池炭负极材料生产方法
技术领域
本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，特别提供了一种锂离子电池炭负极材料生产方法，适用于工业化生产。
背景技术
近年来，锂离子电池获得了越来越广泛的应用。在锂离子电池技术的开发过程中，电池品质不断得到提高，生产成本不断下降。在对锂离子电池技术进步的贡献中负极材料起了很大作用。通过表面处理方法获得质优价廉的负极材料已经成为负极材料开发的主要方向之一，在实用上也取得了很大进展。尽管表面处理的实用方法很多，这方面的技术开发仍然有很大潜力。
锂离子电池负极材料在实际应用中仍然是石墨类材料占主导地位。人造石墨和天然石墨作为负极材料各有优点和缺点，人造石墨具有循环稳定的优点，但在容量上一般要低于天然石墨。天然石墨虽然具有容量高的优点，但在循环过程中容量衰减快是其致命弱点。负极材料的表面处理方法对于提高容量和改善循环性能都有一定作用，因此不论对于天然石墨还是人造石墨负极材料，表面处理技术在生产过程中都处于非常重要的地位，有很多关于负极材料的发明专利都与表面处理技术有关。JP2000357506是用裂解石墨对炭或石墨粉进行包覆，用这种包覆方法不能获得较厚的包覆层，对于改善天然石墨的循环性能将受到限制。JP10294111通过热混合的方法用沥青包覆炭或石墨粉，在氧化气氛中进行不熔化处理，防止颗粒熔并。这里的不熔化处理工艺对设备要求较高，不容易降低生产成本。JP2000348720用中间相沥青包覆石墨，也要进行不熔化处理。JP2000203817是用非晶炭对石墨做包覆，做法是将有机物溶解在溶剂中，再将石墨颗粒分散在溶液中，去除溶剂后，进行干燥和热处理，对于天然石墨用这种方法同样得不到较厚的包覆层，因而难以使循环性能得到根本改进。本发明的目的就是克服以往负极材料表面处理工艺无法实现大比例包覆或工艺过于复杂的缺点，通过深度聚合获得高固含量沥青，用高固含量沥青实现高比例包覆。使包覆方法达到的效果更加明显，工艺也更加简单。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂离子电池炭负极材料生产方法，实现对炭粉或石墨粉的高比例包覆。
本发明提出了制备包覆沥青及其应用的方法。用这种沥青可以对各种炭粉或石墨粉进行包覆，使包覆层均匀和过程容易控制，使用溶剂使包覆过程在液态情况下进行。
本发明的具体生产工艺如下：
1以石油沥青或煤沥青为原料，在400～460℃温度下进行聚合反应，通过取样观察，确定体系反应进程，当体系中间相含量达到20～80％时终止反应，所形成的中间相最好是不可逆的。冷却后进行粉碎得到包覆原料A。
所述的石油沥青可以是乙烯渣油。煤沥青可以是中温沥青、改质沥青、硬沥青或生产中间相小球时产生的副产沥青。
在聚合时，用偏光显微镜观察体系中间相生长情况，终止反应时体系应处于流动状态。
2以炭粉、天然石墨粉或人造石墨粉及其混合物为原料B，原料B的粒径D50最好在10～30μm之间。炭粉可以是沥青焦粉，也可以是石油焦粉。石油焦粉可以是生焦粉，也可以是煅后焦粉。混合物可以是由所述粉末的任意两种或三种混合而成。以有机溶剂为原料C，有机溶剂最好为重质芳烃溶剂，如重油、洗油等。
3将以上所属的A、B、C三种原料按A/B＝5～70/95～30，(A+B)/C＝20～70/80～30进行混合，在150～200℃下进行液相混合，在搅拌状态和400～600℃温度下进行热处理，搅拌最好采用双螺杆或双螺带搅拌方式。在900～1200℃温度下进行炭化处理，在2600～3000℃温度下进行石墨化处理。当A/(A+B)＝10～70％时，最好在2600～3000℃温度下进行石墨化处理。
本发明具有以下优点：
1本发明可以大幅度提高包覆沥青的比例，使天然石墨的电性能得到根本改善。
2可以使人造石墨的颗粒形状和表面状态得到很大改进，提高电池负极极片的体积密度，降低不可逆容量损失。
3生产工艺简单，生产效率高，降低负极材料生产成本。
具体实施方式
实施例1：
300克的乙烯渣油，420℃温度下聚合360分钟，偏光显微镜下观察体系中间相含量达到25％，终止反应，冷却后粉碎得到原料A。
称取原料A 100克，天然石墨B 400克，溶剂油300克。
将三种原料混合，在200℃温度下溶解120分钟。再将温度升到450℃，在强搅拌下维持240分钟。继续缓慢升温至600℃，维持180分钟，在2700℃温度下进行石墨化。
用扣式电池做试验，所得负极材料首次放电容量为355mAh/g，首次放电效率为95％。300次循环后容量保持90％。
实施例2：
300克的改质沥青，430℃温度下聚合180分钟，偏光显微镜下观察中间相含量达到40％，终止反应，冷却后粉碎得到原料A。
称取原料A 100克，人造石墨B 200克，洗油600克。
将三种原料混合，在200℃温度下溶解120分钟。再将温度升到440℃，在强搅拌下维持180分钟。继续缓慢升温至600℃，维持150分钟。在2800℃温度下进行石墨化。
用扣式电池做试验，所得负极材料首次放电容量为335mAh/g，首次放电效率为96％。
实施例3：
300克的中温沥青，450℃温度下聚合180分钟，偏光显微镜下观察中间相含量达到70％，冷却后粉碎得到原料A。
称取原料A 140克，石油焦焦粉B 60克，吡啶溶剂700克。
将三种原料混合，在200℃温度下溶解120分钟。再将温度升到450℃，在强搅拌下维持240分钟。继续缓慢升温至500℃，维持210分钟，在900℃下进行炭化处理，在2900℃温度下进行石墨化。
用扣式电池做试验，所得负极材料首次放电容量为340mAh/g，首次放电效率为96％。
实施例4：
300克的石油沥青，420℃温度下聚合210分钟，偏光显微镜下观察中间相含量达到35％，冷却后粉碎得到原料A。
称取原料A 25克，天然石墨B 275克，蒽油溶剂150克。
将三种原料混合，在200℃温度下溶解120分钟。再将温度升到420℃，在强搅拌下维持210分钟。继续缓慢升温至600℃，维持210分钟，在1200℃温度下进行炭化。
用扣式电池做试验，所得负极材料首次放电容量为350mAh/g，首次放电效率为94％。

Claims (3)

1、一种锂离子电池炭负极材料生产方法，其特征在于：具体生产工艺为：
a、以石油沥青或煤沥青为原料，在400～460℃温度下进行聚合反应，在反应过程中用偏光显微镜观察体系中间相生长情况，当体系中间相含量达到20～80％时终止反应，终止反应时体系应处于流动状态，冷却后进行粉碎得到包覆原料A；
b、以炭粉、天然石墨粉、人造石墨粉或炭粉、天然石墨粉与人造石墨粉中的任意2～3种混合而成的混合物为原料B，所述原料B的粒径D50为10～30μm之间，以有机溶剂为原料C；
c、将以上所述的A、B、C三种原料按A/B＝5～70/95～30，(A+B)/C＝20～70/80～30进行混合，在150～200℃下进行液相混合，在搅拌状态和400～600℃温度下进行热处理；在900～1200℃温度下进行炭化处理，在2600～3000℃温度下进行石墨化处理。
2、按照权利要求1所述的生产方法，其特征在于：所述的炭粉为沥青焦粉或石油焦粉；所述的石油焦粉为生焦粉或煅后焦粉；所述的有机溶剂为重质芳烃溶剂重油或洗油。
3、按照权利要求1所述的生产方法，其特征在于：搅拌采用双螺杆或双螺带搅拌方式；当A/(A+B)＝10～70％时，在2600～3000℃温度下进行石墨化处理。
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