一種利用天然石墨製備動力鋰離子電池負極材料的方法與流程
2023-04-30 03:52:27 4
本發明涉及鋰離子電池領域，具體是一種利用天然石墨製備動力鋰離子電池負極材料的方法。
背景技術：
：鋰離子電池負極用石墨材料具有放電平臺低、真密度大、插鋰容量高、首次充電放電效率高等優點。目前應用廣泛的負極材料多為石墨類炭負極，主要分為：天然石墨和人造石墨。天然石墨是指天然石墨礦經過採礦、浮選、篩分和提純所獲得的天然石墨材料。按照石墨顆粒形狀和微晶大小可以分為葉片狀石墨、鱗片狀石墨和微晶石墨。目前實用化的天然石墨主要為鱗片狀石墨，但鱗片狀石墨與電解液相容性差，有機溶劑與鋰離子共嵌入石墨片層中還原產生氣體，並消耗一部分鋰，導致首次效率低下；充放電過程中，石墨片層反覆漲縮，造成石墨層剝落、粉化，影響循環穩定。為獲得高性能負極用炭材料，美國專利專利號：5908715，日期1999年，6月1日公開了石墨表面包覆硬炭的方法，其方法特點是將樹脂的合成過程與包覆同時進行，但此方法實施難度較大。另外我國專利專利號：CN1129194C，日期2003年11月26日公開了一種炭/炭複合材料的製備方法。這些方法都是旨在改善天然石墨的某些缺陷。而微晶石墨宏觀上的各向同性使其循環穩定性優於鱗片狀石墨，鱗片狀石墨在鋰離子嵌入過程中c軸膨脹量可達10％，而微晶石墨由於各向同性的性質，單方向的膨脹量約為3％，不易發生結構的破壞。但微晶石墨的機械強度較低，在傳統的粉碎、整形等過程中極易粉化，從而產生大量細粉降低最終產品收率。技術實現要素：本發明的目的在於提供容量高、膨脹小、倍率性能好、循環穩定性好的一種利用天然石墨製備動力鋰離子電池負極材料的方法，以解決上述
背景技術：
中提出的問題。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種利用天然石墨製備動力鋰離子電池負極材料的方法，其步驟如下：步驟一、取固定碳含量為60～99％的微晶石墨通過氣流粉碎機粉碎為D10為 0～4μm、D50為4～8μm、D90為10～60μm的粉體A；取固定碳含量99％的鱗片狀石墨通過氣流粉碎機粉碎為D10為0～4μm、D50為4～8μm、D90為10～60μm的粉體B，將兩種粉體在高混機中進行混合，得到混合天然石墨；步驟二、將步驟一中得到的混合天然石墨與粘結劑瀝青進行混合，製得混合物，其中粘結劑瀝青佔混合物的質量比為10～50％；將混合物在混合造粒設備中進行複合造粒，得到粒度分布為D10為0～10μm、D50為11～25μm、D90為26～60μm的粉體C；步驟三、將步驟二得到的粉體C進行石墨化提純，石墨化溫度為2000～3500℃，恆溫反應0～12小時，然後進行除鐵，並過200～325目篩，製得物料；步驟四、用球磨機對物料進行整形，而後進行分級，製得石墨粉體；用酚醛樹脂對得到的石墨粉體進行包覆改性，製得動力鋰離子電池負極材料。作為本發明進一步的方案：酚醛樹脂的加入量是酚醛樹脂與石墨粉體總質量的0～15％。與現有技術相比，本發明的有益效果是：本發明製備的動力鋰離子電池負極材料，其粒度分布為D10為0～10μm、D50為11～25μm、D90為26～60μm，振實密度為0.9～1.2g/cm3，固定碳含量為99.0～99.9％，石墨化度為90～96％；具有容量高、膨脹小、倍率性能好、循環穩定性好等特點。附圖說明圖1為現有的石墨負極材料的微觀形貌圖；圖2為製備的動力鋰離子電池負極材料的微觀形貌圖。具體實施方式下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。實施例1本發明實施例中，一種利用天然石墨製備動力鋰離子電池負極材料的方法，其實施步驟為：步驟1、選取固定碳含量為80％的隱晶質石墨經破碎、分級後，獲得粒度分 布為D10為1.2μm、D50為8μm、D90為25μm的粉體A。步驟2、選取固定碳含量為99.9％的球形鱗片狀石墨經破碎、分級後，獲得粒度分布為D10為2.5μm、D50為8μm、D90為43μm的粉體B。步驟3、將粉體A與粉體B在混料機中進行充分混合，粉體A在混合物料中的比例為40％，加入瀝青佔混合物的質量比為12％。在混合造粒設備中進行複合造粒，造粒溫度為500℃，最終得到粒度分布為D10為3.8μm、D50為16μm、D90為45μm的粉體C。步驟4、將步驟3所得粉體C加熱至3000℃恆溫反應12小時，以排出高沸點雜質。步驟5、將步驟4所得純化後的石墨粉體在此破碎、分級，過250目篩，製得D10為3.6μm、D50為16.2μm、D90為46.3μm，振實密度為1.0g/cm3，固定碳含量為99.99％，石墨化度為92％的動力鋰離子電池負極材料。實施例2本發明實施例中，一種利用天然石墨製備動力鋰離子電池負極材料的方法，其實施步驟為：步驟1、選取固定碳含量為60％的隱晶質石墨經破碎、分級後，獲得粒度分布為D10為0.5μm、D50為4μm、D90為10μm的粉體A。步驟2、選取固定碳含量為99.9％的球形鱗片狀石墨經破碎、分級後，獲得粒度分布為D10為0.5μm、D50為4μm、D90為10μm的粉體B。步驟3、將粉體A與粉體B在混料機中進行充分混合，粉體A在混合物料中的比例為40％，加入瀝青佔混合物的質量比為10％。在混合造粒設備中進行複合造粒，造粒溫度為500℃，最終得到粒度分布為D10為1.2μm、D50為11μm、D90為26μm的粉體C。步驟4、將步驟3所得粉體C加熱至2000℃恆溫反應2小時，以排出高沸點雜質，過200目篩。步驟5、將步驟4所得純化後的物料在此破碎、分級，製得石墨粉體，用酚醛樹脂與石墨粉體總質量15％的酚醛樹脂對得到的石墨粉體進行包覆改性，製得D10為3.6μm、D50為16.2μm、D90為46.3μm，振實密度為1.2g/cm3， 固定碳含量為99.99％，石墨化度為96％的動力鋰離子電池負極材料。實施例3本發明實施例中，一種利用天然石墨製備動力鋰離子電池負極材料的方法，其實施步驟為：步驟1、選取固定碳含量為80％的隱晶質石墨經破碎、分級後，獲得粒度分布為D10為4μm、D50為6μm、D90為60μm的粉體A。步驟2、選取固定碳含量為99.9％的球形鱗片狀石墨經破碎、分級後，獲得粒度分布為D10為4μm、D50為6μm、D90為60μm的粉體B。步驟3、將粉體A與粉體B在混料機中進行充分混合，粉體A在混合物料中的比例為40％，加入瀝青佔混合物的質量比為30％。在混合造粒設備中進行複合造粒，造粒溫度為500℃，最終得到粒度分布為D10為10μm、D50為25μm、D90為60μm的粉體C。步驟4、將步驟3所得粉體C加熱至3000℃恆溫反應12小時，以排出高沸點雜質，過325目篩。步驟5、將步驟4所得純化後的物料在此破碎、分級，製得石墨粉體，用酚醛樹脂與石墨粉體總質量7％的酚醛樹脂對得到的石墨粉體進行包覆改性，製得D10為3.6μm、D50為16.2μm、D90為46.3μm，振實密度為1.1g/cm3，固定碳含量為99.99％，石墨化度為94.24％的動力鋰離子電池負極材料。上述實施例所得動力鋰離子電池負極材料的綜合性能參數如表1所示。製備的動力鋰離子電池負極材料的微觀形貌圖如圖2所示，並與圖1中現有的石墨負極材料的微觀形貌圖進行對比。表1粒徑振實密度灰分放電容量放電效率石墨化度15.6μm1.1g/cm3≤0.1％347.8mAh/g≥90％94.08％對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要 求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。當前第1頁1 2 3