一種中間相負極材料及其製備方法
2023-05-03 05:40:41 2
一種中間相負極材料及其製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種中間相負極材料及其製備方法，該方法包括如下步驟：①將球形天然石墨、中間相碳微球生球及石墨化催化劑混合均勻得混合物；②將所述混合物及能夠石墨化的粘合劑加熱捏合1～2小時得捏合物；③壓成塊狀得捏合物的成型體；④在惰性氣體保護下，將所述的成型體於800～1500℃進行炭化處理，冷卻至室溫；⑤於2800～3200℃進行催化石墨化高溫處理。本發明能夠進一步提高中間相負極材料的充放電容量和充放電效率，改善材料的循環性能。
【專利說明】一種中間相負極材料及其製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鋰離子電池領域，尤其涉及一種中間相負極材料及其製備方法。
【背景技術】
[0002] 中間相炭石墨化產品是一種優良的鋰離子電池負極材料。近年來，鋰離子電池在 行動電話、筆記本電腦、數碼攝像機和可攜式電器上得到了大量應用。鋰離子電池具有能量 密度大、工作電壓高、體積小、質量輕、無汙染、快速充放電、循環壽命長等方面的優異性能， 是21世紀發展的理想能源。中間相炭作為鋰離子二次電池的負極材料，具有電位低且平坦 性好、比重大、初期的充放電效率高以及加工性好等特點。理論上LiC 6的可逆儲鋰容量可 達到372mAh/g，中間相炭的可逆儲鋰容量卻只有310mAh/g左右，負極材料的容量還有上升 的空間。隨著電子信息產業的迅猛發展，各種產品對小型化、輕量化的要求不斷提高，對鋰 離子二次電池大容量、快速充電等高性能的要求日益迫切。鋰離子電池容量的提高主要依 賴炭負極材料的發展和完善，因此提高鋰離子電池負極材料的比容量、減少首次不可逆容 量及改善循環穩定性一直是研究開發的重點。
[0003] 中間相炭微球經催化石墨化、摻雜等方法處理可以有效地提高鋰離子二次電池用 負極材料品質，不但可以提高石墨的可逆儲鋰容量，而且能夠改善材料的循環性能。文獻： (1)《材料研究學報》ν〇1· 21Νο· 4P. 404-408(2007年）報導了催化熱處理鋰離子電池用中 間相炭，有效地緩解了碳表面的不可逆電化學反應；（2)美國專利US2006001003報導了催 化石墨化處理人造石墨類負極材料的方法，能改善快速充放電性能和循環性能。
[0004] 上述文獻報導的各種改進方法的不足之處在於：由於涉及中間相炭，導致製取過 程複雜，添加的成分不易獲得，或者產品收得率不十分顯著，而導致生產成本的提高。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的技術問題在於克服了現有的製備負極材料的方法過程複雜、原 料不易得和收率不高而導致生產成本高的缺陷，提供了一種中間相負極材料及其製備方 法。本發明能夠進一步提高中間相負極材料的充放電容量和充放電效率，改善材料的循環 性能。
[0006] 本發明提供了一種中間相負極材料的製備方法，其包括如下步驟：①將球形天然 石墨、中間相碳微球生球及石墨化催化劑混合均勻得混合物；②將所述的混合物及能夠石 墨化的粘合劑加熱捏合1?2小時得捏合物；③壓成塊狀得捏合物的成型體；④在惰性 氣體保護下，將所述的成型體於800?1500°C進行炭化處理，冷卻至室溫；⑤於2800? 3200°C進行催化石墨化高溫處理，即可。
[0007] 步驟①中，所述的球形天然石墨可選用本領域各種常規的球形天然石墨，所述的 球形天然石墨的平均粒徑為本領域此類材料的常規粒徑，較佳地為12?36 μ m。所述的石 墨化催化劑的用量較佳地為球形天然石墨和中間相碳微球生球質量之和的1?10%，更佳 地為3?8%。
[0008] 步驟①中，所述的球形天然石墨和中間相碳微球生球的質量比較佳地為1:1? 1:4〇
[0009] 步驟①中，所述的中間相碳微球生球的平均粒徑為本領域此類材料的常規粒徑， 較佳地為20?30 μ m。
[0010] 步驟①中，所述的石墨化催化劑較佳地為下述元素的碳化物和氧化物中的一種或 多種：矽、鐵、錫或硼，更佳地為矽的碳化物和/或鐵的氧化物。
[0011] 步驟②中，所述的能夠石墨化的粘合劑指在石墨負極材料領域中常用的能夠起粘 合作用，並且石墨化後能夠製成人造石墨的粘合劑，較佳地為石油浙青和/或煤浙青。所述 的石油浙青或煤浙青的粒徑較佳地為0. 1_以下。本發明所述的石油浙青或煤浙青可選用 本領域各種規格的石油浙青或煤浙青。
[0012] 步驟②中，所述的能夠石墨化的粘合劑的用量較佳地為所述的球形天然石墨和中 間相碳微球生球質量之和的10?30%。
[0013] 步驟②中，所述的加熱捏合處理可以提高中間相負極材料的放電容量，其具體操 作方法可採用本領域常規的方法進行，如固相捏合或液相捏合。液相捏合指將能夠石墨化 的粘合劑加熱至液態後與球形天然石墨、中間相碳微球生球以及石墨化催化劑進行混捏處 理。固相捏合指將能夠石墨化的粘合劑與球形天然石墨、中間相碳微球生球以及石墨化催 化劑一起混合加熱升溫，進行混捏處理。由於液相捏合可以避免加熱溫度過高導致能夠石 墨化的粘合劑揮發和縮聚，因此優選液相捏合。本發明中的加熱捏合的加熱溫度可根據本 領域常規方法進行選擇，一般為低於所述的能夠石墨化的粘合劑的交聯溫度並且在所述的 能夠石墨化的粘合劑的軟化點溫度以上10?80°C，所述加熱溫度較佳地為160?180°C。 加熱捏合時間短會導致物料結塊，混合不均勻，加熱捏合時間長會導致粘合劑揮發損失，不 能形成捏合物的成型體，所述加熱捏合的時間為1?2小時。
[0014] 在本發明一較佳的實施方式中，在步驟②結束後，將所述捏合物壓片並粉碎後進 行步驟③。其中，壓片是為了便於搬運、保管和計量，並且可以通過壓片檢驗混合的均勻性 和粘結性，所述壓片較佳地為壓成厚度2?5mm的片狀物。所述粉碎可採用本領域各種常 規的粉碎工藝進行，本發明中所述粉碎較佳地為粉碎成平均粒徑為5?100 μ m的顆粒。
[0015] 步驟③中，所述的壓成塊狀是為了方便後續的石墨化處理，可採用本領域各種常 規的方法進行，如擠壓成型、模壓成型或冷等靜壓成型。
[0016] 步驟④中，所述的炭化處理的時間可根據本領域常規方法進行選擇，較佳地為 2?6小時。
[0017] 步驟④中，所述的惰性氣體較佳地為氮氣。
[0018] 步驟⑤中，所述的催化石墨化高溫處理可採用本領域常規方法進行，較佳地在石 墨化加工爐中進行。所述的催化石墨化高溫處理的時間可根據本領域常規方法進行選擇， 較佳地為24?48小時。
[0019] 本發明還提供了一種由上述製備方法製得的中間相負極材料。所述的中間相負極 材料的性能參數如下表1所示：
[0020] 表 1
[0021]
【權利要求】
1. 一種中間相負極材料的製備方法，其特徵在於其包括如下步驟：①將球形天然石 墨、中間相碳微球生球及石墨化催化劑混合均勻得混合物；②將所述混合物及能夠石墨化 的粘合劑加熱捏合1?2小時得捏合物；③壓成塊狀得捏合物的成型體；④在惰性氣體保 護下，將所述的成型體於800?1500°C進行炭化處理，冷卻至室溫；⑤於2800?3200°C進 行催化石墨化高溫處理，即可。
2. 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於：所述的球形天然石墨和中間相碳微球 生球的質量比為1:1?1:4 ;所述的石墨化催化劑的用量為球形天然石墨和中間相碳微球 生球質量之和的1?10%，較佳地為3?8%。
3. 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於：步驟①中，所述的球形天然石墨的平均 粒徑為12?36 μ m ;和/或，所述的中間相碳微球生球的平均粒徑為20?30 μ m。
4. 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於：步驟①中，所述的石墨化催化劑為下述 元素的碳化物和氧化物中的一種或多種：矽、鐵、錫或硼，較佳地為矽的碳化物和/或鐵的 氧化物。
5. 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於：步驟②中，所述的能夠石墨化的粘合劑 為石油浙青和/或煤浙青；所述的石油浙青或煤浙青的粒徑較佳地為〇. 1_以下。
6. 如權利要求1?5中任一項所述的製備方法，其特徵在於：所述的能夠石墨化的粘 合劑的用量為所述的球形天然石墨和中間相碳微球生球質量之和的10?30%。
7. 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於：所述的加熱捏合的加熱溫度為低於所 述的能夠石墨化的粘合劑的交聯溫度並且在所述的能夠石墨化的粘合劑的軟化點溫度以 上10?80°C，所述的加熱溫度較佳地為160?180°C。
8. 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於：在步驟②結束後，將所述的捏合物壓片 並粉碎後進行步驟③；所述的壓片較佳地為壓成厚度2?5mm的片狀物；和/或，所述的粉 碎為粉碎成平均粒徑為5?100 μ m的顆粒。
9. 如權利要求1所述的製備方法，其特徵在於：步驟④中，所述的炭化處理的時間為 2?6小時；和/或，步驟⑤中，所述的催化石墨化高溫處理的時間為24?48小時。
10. -種由權利要求1?9中任一項所述的製備方法製得的中間相負極材料。
【文檔編號】H01M4/583GK104143641SQ201310172581
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月10日 優先權日:2013年5月10日
【發明者】謝秋生, 杜輝玉, 張鵬昌, 薄維通, 陳志明 申請人:上海杉杉新能源科技有限公司