一種人造石墨負極材料的製備方法
2023-05-27 22:59:51 2
一種人造石墨負極材料的製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋰離子電池人造石墨負極材料的製備方法。所述方法包括:將焦炭等原料粉碎、球化後，將球化原料、導電性聚合物、粘結劑按照一定比例加入到裝有溶劑的攪拌釜中攪拌均勻，其中，導電性聚合物佔總質量的比例為0.5～5％，粘結劑佔總質量的比例為2～10％，脫溶劑後接著在800～1000℃非氧氣氛下純化2～10hr，然後在2500～3000℃高溫石墨化不小於24hr，製備得到表面包覆導電材料的人造石墨負極材料。這種導電性能優良的人造石墨負極材料用於鋰離子電池時，電池內阻低，循環性能好。
【專利說明】一種人造石墨負極材料的製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋰離子二次電池領域，具體涉及鋰離子電池負極材料人造石墨的製備。
【背景技術】
[0002]隨著低碳、綠色、循環經濟的迫切需要，新能源動力電池，特別是鋰離子動力電池的研究得到了快速發展。由於鋰離子動力電池具有工作電壓高、高能量密度、放電電壓平穩、低溫性能好、自放電小、無記憶效應、對環境友好以及工作壽命長等優點，廣泛應用於純電動汽車、混合動力汽車、大型電動工具中。
[0003]人造石墨作為鋰離子電池負極材料的一種，具有壓實密度大、容量高、循環性好的特點，是鋰離子電池特別是鋰離子動力電池理想的負極材料。人造石墨材料用於普通3C電子產品時，充放電流較小，時間較長，在負極表面形成的SEI膜較薄,在電池充放電循環的過程當中，電池內阻基本變化不大，但是當人造石墨作為負極材料用於鋰離子動力電池時，由於動力電池需要快速充放，因此在負極材料表面形成的SEI膜會隨著電池充放電次數的增加越來越厚，電池內阻逐漸增大，導致電池容量衰減和充放電效率降低，降低了動力電池的使用壽命。
[0004]內阻是衡量電池性能的一個重要指標。內阻大，電池充放電時間長，效率低。為了降低電池負極材料內阻，人們通常在負極材料勻漿時添加導電劑，以增加負極材料的導電性。中國專利CN103872288即是將導電碳黑混入人造石墨中製備成漿料，但是這種方法由於導電劑在人造石墨材料中是呈獨立分散狀態，導電劑和人造石墨材料不能很好的接觸，降低了導電效果。此外，由於導電劑均為納米級材料，加入後增加了整個漿料的粘度，影響人造石墨塗布時的加工性能。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就是針對現有技術的上述問題，提供一種可降低內阻的人造石墨負極材料的製備方法。
[0006]為實現上述目的，本發明採用以下技術方案:
[0007]一種鋰離子電池人造石墨負極材料的製備方法，所述方法包括以下步驟:
[0008]首先對焦炭等原料進行粉碎、球化，將球化後的原料、導電性聚合物、粘結劑和溶劑按照一定比例加入到攪拌釜中攪拌均勻，其中，導電性聚合物佔總質量的比例為0.5?5%，粘結劑佔總質量的比例為2?10%;蒸發脫溶劑後接著在800?1000°C非氧氣氛下純化2?10hr，然後在2500?3000°C高溫進行石墨化處理不小於24hr。
[0009]導電性聚合物佔總質量的比例優選為2?3 %，粘結劑佔總質量的比例優選為6?8% ;所述導電性聚合物為電導率在10_6S/m以上的聚合物材料；所述粘結劑為高分子聚合物，所述溶劑為強極性溶劑。
[0010]根據本發明的製備方法，所述導電性聚合物包括但不限於聚對苯(PPP)、聚吡咯(PPY)、聚噻吩(PTH)、聚苯基乙炔(PPV)、聚苯胺(PANI)、聚乙炔(PA)以及它們的摻雜、衍生物。
[0011]根據本發明的製備方法，所述高分子聚合物優選石油浙青或煤浙青。
[0012]根據本發明的製備方法，所述強極性溶劑優選甲苯、二甲苯、三甲苯、吡咯烷酮、三氯乙烯、丙酮、四氯化碳、二氯甲烷中的一種。
[0013]由於採用了以上的方案，使本發明具備的有益效果在於:
[0014]能夠使導電性聚合物依靠高分子聚合物的粘結力均勻分散在球形原料的表面，在球形原料的表面形成一層均勻的包覆層，經過純化和石墨化後，即可在人造石墨材料的表面包覆一層均勻的導電層。這種導電層可以增強鋰離子傳輸時的導電效果，降低負極材料的內阻，增強電池的容量和循環壽命。
[0015]本發明的另一個優點在於，負極材料勻漿時不再需要添加導電劑，這樣直接的好處在於可以有效降低漿料的粘度，提高塗布的加工性能。
【具體實施方式】
[0016]下面用【具體實施方式】對本發明作更詳細說明。
[0017]實施例一
[0018]本實施例首先對生焦原料進行粉碎、球化，質量比按照球化後的生焦:聚苯胺(PANI):石油浙青=85:5:10的比例加入到裝有二甲苯的攪拌釜中攪拌均勻，蒸發脫溶劑後接著在1000°C非氧氣氛下純化10hr，然後在3000°C高溫石墨化120hr。將製備的人造石墨材料按照常規電池製備工藝組裝成實效電池，測得電池內阻38.5πιΩ，循環次數1400周。
[0019]實施例二
[0020]本實施例首先對生焦原料進行粉碎、球化，質量比按照球化後的生焦:聚苯胺(PANI):石油浙青=97.5:0.5:2的比例加入到裝有二甲苯的攪拌釜中攪拌均勻，蒸發脫溶劑後接著在1000°C非氧氣氛下純化10hr，然後在3000°C高溫石墨化120hr。將製備的人造石墨材料按照常規電池製備工藝組裝成實效電池，測得電池內阻40.6m Ω，循環次數1300周。
[0021]實施例三
[0022]本實施例首先對生焦原料進行粉碎、球化，質量比按照球化後的生焦:聚苯胺(PANI):石油浙青=89:3:8的比例加入到裝有二甲苯的攪拌釜中攪拌均勻，蒸發脫溶劑後接著在1000°C非氧氣氛下純化10hr，然後在3000°C高溫石墨化120hr。將製備的人造石墨材料按照常規電池製備工藝組裝成實效電池，測得電池內阻32.4πιΩ，循環次數1600周。
[0023]實施例三
[0024]對比實施例對生焦原料進行粉碎、球化，接著在1000°C非氧氣氛下純化10hr，然後在3000°C高溫石墨化120hr。將製備的人造石墨材料按照常規電池製備工藝組裝成實效電池，測得電池內阻56.8m Ω，循環次數800周。
【權利要求】
1.一種鋰離子電池人造石墨負極材料的製備方法，所述方法包括以下步驟:首先對焦炭進行粉碎、球化，將球化後的原料、導電性聚合物、粘結劑和溶劑按照一定比例加入到攪拌釜中攪拌均勻，其中，導電性聚合物佔總質量的比例為0.5?5wt%，粘結劑佔總質量的比例為2?10wt% ;蒸發脫溶劑後接著在800?1000°C非氧氣氛下純化2?10hr，然後在2500?3000°C高溫進行石墨化處理不小於24hr。
2.根據權利要求1所述的鋰離子電池人造石墨負極材料的製備方法，其特徵在於:導電性聚合物佔總質量的比例為2?3%，粘結劑佔總質量的比例為6?8% ;所述導電性聚合物為電導率在10_6S/m以上的聚合物材料；所述粘結劑為高分子聚合物，所述溶劑為強極性溶劑。
3.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於:導電性聚合物包括聚對苯、聚吡咯、聚噻吩、聚苯基乙炔、聚苯胺、聚乙炔以及它們的摻雜、衍生物。
4.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於:高分子聚合物是石油浙青或煤浙青。
5.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵在於:強極性溶劑是甲苯、二甲苯、三甲苯、吡咯烷酮、三氯乙烯、丙酮、四氯化碳、二氯甲烷中的一種。
【文檔編號】H01M4/1393GK104362299SQ201410578938
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月24日 優先權日:2014年10月24日
【發明者】張曉波, 葉學海, 劉紅光, 肖彩英, 張磊, 夏繼平, 於曉微 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油天津化工研究設計院, 中海油能源發展股份有限公司