專利名稱：一種鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種負(fù)極材料及其制備方法，尤其涉及一種鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極 材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著目前人們對(duì)電動(dòng)汽車的迫切需求，動(dòng)力電池及高倍率電極材料均成為電源領(lǐng) 域的研發(fā)熱點(diǎn)。以石墨類材料作為鋰離子電池負(fù)極材料具有嵌、脫鋰可逆性好、電位平臺(tái)低 以及循環(huán)性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，其理論比容量高達(dá)372 mAh/g，遠(yuǎn)高于LiCo02等正極材料的比 容量。然而，鋰離子在石墨層間的擴(kuò)散系數(shù)卻較小，嚴(yán)重制約著鋰離子電池高倍率充放電性 能的提高。此外，多數(shù)動(dòng)力電池用負(fù)極材料工藝復(fù)雜，成本隨之上升，現(xiàn)有技術(shù)的鋰離子動(dòng) 力電池負(fù)極材料倍率性能低，比容量低，低溫性能和吸液性能也差，影響了鋰離子動(dòng)力電池 性能的進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料及其制備方法，該方法 提高材料的吸液性能、倍率性能和低溫性能，并降低其成本。本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，一種鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料，其特征在于該負(fù)極材 料所用的石墨基體為球形和長(zhǎng)寬比為ι. (Γ3. 0的類球形人造石墨，基體材料包覆前的粒度 D50為纊11 μ m,基體表面包覆有一層非石墨類碳材料，構(gòu)成“核_殼”結(jié)構(gòu)，其包覆量為基 體質(zhì)量的2、％，包覆后負(fù)極材料顆粒粒度D50為1(Γ 2μπι，比表面積為2 4m2/g，粉體振實(shí) 密度為0. 9-1. lg/cm3，碳含量為99. 95%以上。所述石墨為石油焦、浙青焦經(jīng)石墨化的人造石墨或中間相炭微球一種或其混合 物，所述非石墨類碳材料為浙青或樹脂經(jīng)碳化而得。一種鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟
第一步粉碎_整形工序?qū)⑹度敕鬯闄C(jī)中進(jìn)行粉碎整形，控制粒度在D50為 9^11 μ m的范圍內(nèi)，并控制材料的振實(shí)密度在0. 85^1. Og/cm3的范圍內(nèi)，來達(dá)到整形的目 的；
第二步前驅(qū)體包覆工序?qū)⒎鬯檎魏玫氖c浙青或樹脂進(jìn)行混合，非石墨碳材 料的質(zhì)量為石墨質(zhì)量的2、％，在轉(zhuǎn)速10(T600r/min條件下混合，并控制溫度在200-500°C 的范圍內(nèi)，混合包覆均勻；
第三步碳化工序?qū)⒒旌习簿鶆虻牟牧纤腿胨淼栏G中，在70(Tl20(rC的溫度，氣體 保護(hù)下進(jìn)行碳化，碳化處理時(shí)間為10-30h，冷卻至室溫，得到鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料。所述鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料用25(Γ325目篩篩分。所述碳化處理在保護(hù)氣氛氮?dú)饣驓鍤?，流量為廣120L/h的條件下進(jìn)行。本發(fā)明的技術(shù)效果是鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料具有高容量、倍率性能優(yōu)異、吸 液性能優(yōu)越的特點(diǎn)，同時(shí)制備方法簡(jiǎn)單，容易控制，生產(chǎn)成本低，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料，基體為石油焦、浙青焦經(jīng)石墨化的人造石 墨或中間相炭微球，包覆材料為非石墨碳材料，其前驅(qū)體為浙青或樹脂中的一種或混合物。為改善負(fù)極材料的倍率放電性能，減小鋰離子在負(fù)極材料脫出或嵌入的路徑，需 對(duì)石墨進(jìn)行粉碎整形，控制粒度的在D50為纊11 μ m的范圍內(nèi)，并控制材料的振實(shí)密度在 0.85 1.0 g/cm3的范圍內(nèi)，來達(dá)到整形的目的。為改善負(fù)極材料的吸液性能與低溫吸能，并進(jìn)一步提高負(fù)極材料的倍率性能，需 對(duì)石墨材料進(jìn)行包覆并進(jìn)行碳化處理，包覆碳化后負(fù)極材料顆粒粒度D50為1(Γ12 μ m,比 表面積為2 4m2/g，粉體振實(shí)密度為0. 9-1. lg/cm3，碳含量為99. 95%以上。制備上述動(dòng)力鋰離子電池用準(zhǔn)球形石墨復(fù)合負(fù)極材料的方法，包括以下步驟 第一步粉碎-整形工序?qū)⑹度敕鬯闄C(jī)中進(jìn)行粉碎整形，石墨為浙青焦或石油焦
經(jīng)高溫石墨化而得的人造石墨或者中間相炭微球中的一種或多種的混合物，石墨粉體控制 粒度的在D50為纊11 μ m的范圍內(nèi)，并控制材料的振實(shí)密度在0. 85^1. Og/cm3的范圍內(nèi)，來 達(dá)到整形的目的；
第二步前驅(qū)體包覆工序?qū)⒎鬯檎魏玫氖c非石墨碳材料前驅(qū)體進(jìn)行混合，非 石墨碳材料前驅(qū)體為浙青或樹脂中的一種或兩者的混合物，樹脂為酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂或 脲醛樹脂中的一種以上，非石墨碳材料的質(zhì)量為石墨質(zhì)量的2、％，在轉(zhuǎn)速10(T600r/min條 件下混合，并控制溫度在200-500°C的范圍內(nèi)，混合包覆均勻；
第三步碳化工序?qū)⒒旌习簿鶆虻牟牧涎b進(jìn)坩堝，送入氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)氣氛的隧 道窯中，在70(Tl20(rC的溫度進(jìn)行碳化，碳化處理時(shí)間為10-30h，冷卻至室溫，得到鋰離子 動(dòng)力電池用負(fù)極材料；
第四步用25CT325目篩，將鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料篩分，然后包裝入庫(kù)。本發(fā)明的方法制備的鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料，采用英國(guó)Malver-Mastersizer 2000激光粒度分析儀測(cè)出平均粒度，比表面積采用康塔比表面儀來測(cè)定。本發(fā)明的方法制備的鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料，其電化學(xué)性能測(cè)試方法為鋰 離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料粘結(jié)劑聚偏氟乙烯PVDF=98 :2，先用N-甲基吡咯烷酮NMP溶解 PVDF成10%的溶液，然后加入鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料攪拌成均勻的漿料，然后涂覆在 10 μ m的銅箔上，壓制成片，然后制成直徑IOmm的圓片，120°C烘干備用，將烘干的負(fù)極片、 金屬鋰片、隔膜、紐扣電池正負(fù)極外殼、電解液放入氬氣保護(hù)的手套箱內(nèi)進(jìn)行組裝扣式電 池，然后進(jìn)行測(cè)試，充放電電壓范圍0. OOlf 2. OV,電流為0. 2C，測(cè)試材料的容量和效率。成品電池制備及倍率性能、低溫性能測(cè)試鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料、粘結(jié)劑丁 苯橡膠SBR、懸浮劑羧甲基纖維素CMC質(zhì)量比為98 :1 :1混合，加入適量的去離子水作為分 散劑調(diào)漿，均勻涂覆在銅箔上，真空烘干，輥壓成負(fù)極片備用。LiCoO2PVDF導(dǎo)電劑Super-P 質(zhì)量比為94 3 3混合，加入適量的NMP為分散劑調(diào)漿，均勻涂覆在鋁箔上，真空烘干，輥壓 成正極片備用。正負(fù)極片與隔膜卷繞好，用鋁塑膜封好送入氬氣保護(hù)的手套箱內(nèi)注入電解 液，然后封口，取出擱置24h后進(jìn)行性能檢測(cè)。循環(huán)性能測(cè)試使用IC進(jìn)行恒流充放電試驗(yàn)， 充放電電壓限制在4. 2^3. OV0倍率充放電測(cè)試15C的電流進(jìn)行，以15V/1C的容量保持率表 征倍率性能。低溫性能測(cè)試采用-10°C循環(huán)30周，0. 2C充電，0. 5C/1C的放電比率表征，測(cè)試結(jié)果見表1.
實(shí)例1，用已石墨化針狀焦作為原材料，通過粉碎整形后其粒度D50=9ym，比表面積為 7. 5m2/g，然后與浙青混合，浙青的質(zhì)量為針狀焦的8%，通過V型混合機(jī)攪拌lh，然后送入隧 道窯中進(jìn)行碳化處理，保護(hù)氣體為氮?dú)?，碳化溫度?200°C，碳化時(shí)間為18h，隨爐冷卻至 室溫，篩分包裝。實(shí)例2，用已石墨化針狀焦作為原材料，通過粉碎整形后其粒度D50=ll μ m,比表 面積為5. 5m2/g，然后與浙青混合，浙青的質(zhì)量為針狀焦的5%，通過V型混合機(jī)攪拌lh，然后 送入隧道窯中進(jìn)行碳 化處理，保護(hù)氣體為氮?dú)猓蓟瘻囟葹?200°C，碳化時(shí)間為18h，隨爐 冷卻至室溫，篩分包裝。實(shí)例3，用坩堝料作為原材料，通過粉碎整形后其粒度D50=9 μ m，比表面積為 7. 5m2/g，然后與浙青混合，浙青的質(zhì)量為針狀焦的8%，通過V型混合機(jī)攪拌lh，然后送入隧 道窯中進(jìn)行碳化處理，保護(hù)氣體為氮?dú)?，碳化溫度?200°C，碳化時(shí)間為18h，隨爐冷卻至 室溫，篩分包裝。實(shí)例4，用已石墨化針狀焦作為原材料，通過粉碎整形后其粒度D50=9 μ m，比表面 積為7. 5m2/g，然后加入一定中間相炭微球，針狀焦與中間相炭微球質(zhì)量比8 :2，然后與酚醛 樹脂混合，浙青的質(zhì)量為針狀焦的6%，通過V型混合機(jī)攪拌lh，然后送入隧道窯中進(jìn)行碳化 處理，保護(hù)氣體為氬氣，碳化溫度為1200°C，碳化時(shí)間為18h，隨爐冷卻至室溫，篩分包裝。實(shí)例5，用已石墨化針狀焦、坩堝料混合料作為原材料，通過粉碎整形 后其粒度D50=10ym，比表面積為6m2/g，然后與浙青混合，浙青的質(zhì)量為針狀 焦的4%，通過V型混合機(jī)攪拌lh，然后送入隧道窯中進(jìn)行碳化處理，保護(hù)氣體 為氮?dú)?，碳化溫度?200 碳化時(shí)間為18h，隨爐冷卻至室溫，篩分包裝。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料，其特征在于該負(fù)極材料所用的石墨基體為球形 和長(zhǎng)寬比為1. (Γ3. 0的類球形人造石墨，基體材料包覆前的粒度D50為纊11 μ m，基體表面 包覆有一層非石墨類碳材料，構(gòu)成“核-殼”結(jié)構(gòu)，其包覆量為基體質(zhì)量的2、％，包覆后負(fù)極 材料顆粒粒度D50為1(Γ12 μ m,比表面積為2 4m2/g，粉體振實(shí)密度為0. 9-1. lg/cm3,碳含 量為99. 95%以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料，其特征在于所述石墨為 石油焦、浙青焦經(jīng)石墨化的人造石墨或中間相炭微球一種或其混合物，所述非石墨類碳材 料為浙青或樹脂經(jīng)碳化而得。
3.—種權(quán)利要求1所述的鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料的制備方法，其特征是包括以下 步驟第一步粉碎-整形工序?qū)⑹度敕鬯闄C(jī)中進(jìn)行粉碎整形，控制粒度在D50為 9^11 μ m的范圍內(nèi)，并控制材料的振實(shí)密度在0. 85^1. Og/cm3的范圍內(nèi)，來達(dá)到整形的目 的；第二步前驅(qū)體包覆工序?qū)⒎鬯檎魏玫氖c浙青或樹脂進(jìn)行混合，非石墨碳材 料的質(zhì)量為石墨質(zhì)量的2、％，在轉(zhuǎn)速10(T600r/min條件下混合，并控制溫度在200-500°C 的范圍內(nèi)，混合包覆均勻；第三步碳化工序?qū)⒒旌习簿鶆虻牟牧纤腿胨淼栏G中，在70(Tl20(rC的溫度，氣體 保護(hù)下進(jìn)行碳化，碳化處理時(shí)間為10-30h，冷卻至室溫，得到鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料。
4.根據(jù)權(quán)利3所述的鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料的制備方法，其特征在于所述鋰離 子動(dòng)力電池用負(fù)極材料用25(Γ325目篩篩分。
5.根據(jù)權(quán)利3所述的鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料的制備方法，其特征在于所述碳化 處理在保護(hù)氣氛氮?dú)饣驓鍤?，流量為廣120L/h的條件下進(jìn)行。
全文摘要
一種鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料及其制備方法，該負(fù)極材料所用的石墨基體為球形，長(zhǎng)寬比為1.0~3.0的類球形人造石墨，基體材料包覆前的粒度D50為9~11μm，基體表面包覆有一層非石墨類碳材料，構(gòu)成“核-殼”結(jié)構(gòu)，其包覆量為基體質(zhì)量的2~8%，包覆后負(fù)極材料顆粒粒度D50為10~12μm，比表面積為2~4m2/g，粉體振實(shí)密度為0.9~1.1g/cm3，碳含量為99.95%以上。本發(fā)明的技術(shù)效果是鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料具有高容量、倍率性能優(yōu)異、吸液性能優(yōu)越的特點(diǎn)，同時(shí)制備方法簡(jiǎn)單，容易控制，生產(chǎn)成本低，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01M4/13GK102148355SQ20111005046
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者吳壯雄, 羅建偉, 黃雨生 申請(qǐng)人:江西正拓新能源科技有限公司