一种经济型动力锂离子电池负极材料及其制备方法与流程

本发明属于锂离子电池负极材料的合成技术领域，具体涉及一种经济型动力锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术：

锂离子电池由于比能量高、体积小、质量轻、无记忆效应和绿色环保等优点，已经成为未来新能源汽车的首选电源。随着电动汽车市场的迅猛发展，动力锂离子电池对负极材料的性能和成本提出了越来越高的要求。目前，锂离子电池多以碳材料作为负极材料，碳类负极材料中有中间相碳微球（MCMB）、石墨以及无定形碳，其中，石墨材料是近年来锂离子电池研究的重点之一。石墨材料可以分为人造石墨和天然石墨两种，天然石墨虽然容量较高但循环性能较差，人造石墨相对于天然石墨的石墨化度较低导致容量较低且倍率性能不及MCMB而使其使用受限。

申请号为201410853509.0的中国专利公开了用焦炭为原料经处理得到了一种具有外部硬碳外壳、内部颗粒团聚的石墨类材料，为二次启动锂离子电池负极材料，提高了负极材料放电倍率性能并改善负极材料的低温性能，但是这种材料需要经过两次高温处理从而增大了成本而造成使用领域受限。申请号为201410056212.1的中国专利公开了使用高纯石墨粉为原料，通过造粒后高温处理得到了一种负极材料使得石墨颗粒的端面比例得到提高，材料表现出较好的大电流充放电性能，但在破碎处理时破坏了颗粒包覆层又使得材料的性能下降。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供了一种比容量较高且倍率性能好的经济型动力锂离子电池负极材料及其制备方法，该方法制得的负极材料能够应用于动力锂离子电池负极，制备过程中所使用的人造石墨原材料选自石墨化石油焦或石墨化沥青焦中的一种或多种，是生产石墨化电极的过程中产生的保温料，作为石墨化生产的副产品具有价格低廉的优势，用于锂离子电池的负极时具有循环性能和倍率性能较好的优点，其缺点是比表面积偏大、容量较低，在经过本发明的合成工艺后降低了负极材料的比表面积，提高了负极材料的容量和倍率性能，能够更好地应用于动力锂离子电池中。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种经济型动力锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：

步骤（1），将石墨原料先进行机械粉碎机粉碎并整形分级处理得到平均粒径为2～12μm的前驱体石墨粉；

步骤（2），将步骤（1）得到的前驱体石墨粉进行纯化处理，再置于洗涤设备内加水洗涤至pH值呈中性，然后脱水烘干得到石墨粉；

步骤（3），将步骤（2）得到的石墨粉加入到混合机中，加入粘合剂和添加剂，加热至50～500℃进行混合处理后冷却或者直接进行混合处理得到混合物料，其中粘合剂为高温沥青，其软化点为150～280℃，添加剂为洗油、蒽油或煤焦油；

步骤（4），将步骤（3）得到的混合物料置于焙烧炉中于1000～1350℃焙烧1～10h，冷却至室温后将物料经过打散、筛分后得到经济型动力锂离子电池负极材料。

进一步优选，步骤（1）所述石墨原料为石墨电极石墨化炉产生的保温料。

进一步优选，步骤（1）所述石墨原料为石墨化石油焦或石墨化沥青焦中的一种或多种。

进一步优选，步骤（1）得到前驱体石墨粉的平均粒径为3～8μm。

进一步优选，步骤（2）所述纯化处理的具体过程为在质量分数为1%的稀盐酸溶液中浸泡10小时。

进一步优选，步骤（2）所述粘合剂与石墨粉的投料质量百分配比为3%～15%和85%～97%。

进一步优选，步骤（2）所述添加剂投料量为石墨粉投料质量的8%～15%。

进一步优选，步骤（3）所述混合处理的时间为0.5～2小时。

进一步优选，步骤（4）所得经济型动力锂离子电池负极材料的技术指标为D10 ≥6.0μm，D50为15~20μm，D90≤30μm，振实密度≥ 0.70g/cm³，比表面积为2～4。

本发明所述的经济型动力锂离子电池负极材料，其特征在于是由上述方法制备得到的。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明制备的锂离子电池负极材料能够进行1C-10C倍率放电，能够较好地满足电动汽车动力锂离子电池负极材料的要求；

2、本发明采用石墨化炉保温料、粘合剂和添加剂在加热式混合机中混合加热制得颗粒团聚的负极材料，其制备工艺简单、成本低廉，适于工业化生产；

3、本发明的动力锂离子电池负极材料循环性能好，容量较高，成本低廉，非常适合用于动力锂离子电池的负极材料。

附图说明

图1是本发明实施例1制得的动力锂离子电池负极材料的SEM图；

图2是本发明实施例2制得的动力锂离子电池负极材料的SEM图；

图3是本发明实施例1制得的动力锂离子电池负极材料用于圆柱18650-1.5Ah电池，1C充6C放电循环500次，其容量保持率图谱。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

将100公斤石墨原料（石墨电极石墨化炉产生的保温料）先进行机械粉碎机粉碎并整形分级处理，得到平均粒径为5μm的前驱体石墨粉，加入200升质量分数为1%的稀盐酸溶液浸泡10小时纯化处理，放入洗涤设备内加水洗涤至pH=7，并脱水烘干，把烘干物、软化点为155℃的高温沥青和洗油加入到混合机中，其中高温沥青与石墨粉的投料质量百分配比为10%和90%，洗油投料量为石墨粉投料质量的10%，高速搅拌混合并加热到260℃进行混合处理1小时，冷却至室温，投入焙烧炉中于1200℃焙烧6h，经过经梨刀粉碎机打散、250目标准筛筛分后，得到动力锂离子电池负极材料。粒径D10=7.6μm，D50=15.7μm，D90=25.5μm，振实密度为0.78g/cm³，比表面积为3.1。

实施例2

将150公斤石墨原料（石墨电极石墨化炉产生的保温料）先进行机械粉碎机粉碎并整形分级处理，得到平均粒径为10μm的前驱体石墨粉，加入300升质量分数为1%的稀盐酸溶液浸泡10小时纯化处理，放入洗涤设备内加水洗涤至pH=7，并脱水烘干，把烘干物、软化点为250℃的高温沥青和煤焦油加入到混合机中，其中高温沥青与石墨粉的投料质量百分配比为8%和92%，煤焦油投料量为石墨粉投料质量的12%，高速搅拌混合并加热到360℃进行混合处理1.5小时，冷却至室温，投入焙烧炉中于1150℃焙烧7h，经过经梨刀粉碎机打散、250目标准筛筛分后，得到动力锂离子电池负极材料。粒径D10=9.8μm，D50=19.4μm，D90=28.6μm，振实密度为0.85g/cm³，比表面积为2.5。

实施例3

将200公斤石墨原料（石墨电极石墨化炉产生的保温料）先进行机械粉碎机粉碎并整形分级处理，得到平均粒径为3μm的前驱体石墨粉，加入400升质量分数为1%的稀盐酸溶液浸泡10小时纯化处理，放入洗涤设备内加水洗涤至pH=7，并脱水烘干，把烘干物、软化点为280℃的高温沥青和蒽油加入到混合机中，其中高温沥青与石墨粉的投料质量百分配比为3%和97%，蒽油投料量为石墨粉投料质量的15%，高速搅拌混合并加热到400℃进行混合处理0.5小时，冷却至室温，投入焙烧炉中于1000℃焙烧10h，经过经梨刀粉碎机打散、250目标准筛筛分后，得到动力锂离子电池负极材料。粒径D10=6.4μm，D50=15.3μm，D90=23.1μm，振实密度为0.75g/cm³，比表面积为3.5。

实施例4

将100公斤石墨原料（石墨电极石墨化炉产生的保温料）先进行机械粉碎机粉碎并整形分级处理，得到平均粒径为8μm的前驱体石墨粉，加入200升质量分数为1%的稀盐酸溶液浸泡10小时纯化处理，放入洗涤设备内加水洗涤至pH=7，并脱水烘干，把烘干物、软化点为200℃的高温沥青和洗油加入到混合机中，其中高温沥青与石墨粉的投料质量百分配比为15%和85%，洗油投料量为石墨粉投料质量的8%，高速搅拌混合并加热到310℃进行混合处理2小时，冷却至室温，投入焙烧炉中于1300℃焙烧4h，经过经梨刀粉碎机打散、250目标准筛筛分后，得到动力锂离子电池负极材料。粒径D10=8.5μm，D50=17.3μm，D90=26.7μm，振实密度为0.81g/cm³，比表面积为2.8。

实施例5

将150公斤石墨原料（石墨电极石墨化炉产生的保温料）先进行机械粉碎机粉碎并整形分级处理，得到平均粒径为6μm的前驱体石墨粉，加入300升质量分数为1%的稀盐酸溶液浸泡10小时纯化处理，放入洗涤设备内加水洗涤至pH=7，并脱水烘干，把烘干物、软化点为250℃的高温沥青和洗油加入到混合机中，其中高温沥青与石墨粉的投料质量百分配比为12%和88%，洗油投料量为石墨粉投料质量的10%，高速搅拌混合处理1小时，冷却至室温，投入焙烧炉中于1100℃焙烧6h，经过经梨刀粉碎机打散、250目标准筛筛分后，得到动力锂离子电池负极材料。粒径D10=7.8μm，D50=16.6μm，D90=25.2μm，振实密度为0.80g/cm³，比表面积为3.0。

比较例1

将100公斤石墨化石油焦进行机械粉碎并整形分级，得到石墨粉，250目标准筛筛分后，得到动力锂离子电池负极材料。粒径D10=8.4μm，D50=18.8μm，D90=32.4μm，振实密度为0.72g/cm³，比表面积为6.5。

比较例2

将100公斤石墨化石油焦进行机械粉碎并整形分级，得到石墨粉，250目标准筛筛分后，得到动力锂离子电池负极材料。粒径D10=8.2μm，D50=17.6μm，D90=30.5μm，振实密度为0.69g/cm³，比表面积为7.1。

以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。