一種鋰離子電池炭負極材料及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋰離子電池炭負極材料及其制備工藝，屬于鋰離子負極材料研究領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池是20世紀末開發(fā)成功的一種全新的高能綠色電池，與傳統(tǒng)電池相比具有平均放電壓較高、體積容量和質(zhì)量容量都較大、放電時間長、質(zhì)量輕等優(yōu)點。鋰離子電池在炭材料用作負極的直接推動下迅速市場化，至今石墨化炭材料仍是當今商品化鋰離子電池負極材料的主流。
[0003]目前天然石墨、人造石墨和石墨化中間相炭微球，是主要的商品化的鋰離子電池炭負極材料。Noel.M發(fā)現(xiàn)天然石墨本身具有適于鋰離子嵌入脫出的規(guī)整的片層結(jié)構(gòu)，且價格低廉，但是充放電性能差[Noel M,Suryanarayanan V.Role of carbon host latticesin L1-1on intercalat1n/de-1ntercalat1n processes[J].J Power Sources ,2002,111: 193-209] ,Alcantara,R發(fā)現(xiàn)石墨化中間相炭微球為球形片層顆粒，主要對煤焦油進行處理獲得中間相小球體，再經(jīng)2800°C以上石墨化處理得到。中間相炭微球具有電極密度高及可大電流充放電的優(yōu)勢，但其制造成本較高，并且容量較低[Alcantara R,Madrigal F JF,Lavela P,et a1.Characterisat1n of mesocarbon microbeads(MCMB)as activeelectrode material in lithium and sodium cells[J].Carbon，2000，38:1031-1041]。
[0004]基于以上背景，開發(fā)一種成本低廉，并且性能優(yōu)良的鋰離子電池負極材料具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明目的之一制備一種放電容量高和充放電效率高的鋰離子電池炭負極材料。
[0006]本發(fā)明目的之二在于提供一種成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)的制備工藝。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案具體介紹如下。
[0008]本發(fā)明提供一種鋰離子電池炭負極材料的制備工藝，其首先將針狀焦在2600?2800°C溫度下進行高溫石墨化反應(yīng)得到物料B;然后將物料B于井式爐中通入氧化氣體，進行氣相氧化4?6h得到物料C;接著以瀝青為包覆材料，在250?400°C下對物料C進行液相包覆得到混合物E;最后將混合物E在850-950°C溫度下炭化l_3h，即得到本發(fā)明的鋰離子電池炭負極材料;其中:所述的針狀焦為煤瀝青系針狀焦或者油系針狀焦;所述的氧化氣體為空氣或者CO2;所述的瀝青為石油瀝青、煤瀝青或者中間相瀝青。
[0009]本發(fā)明中，針狀焦的粒徑在25?40μπι之間。
[0010]本發(fā)明中，氣相氧化的溫度在550?700°C之間。
[0011]本發(fā)明中，氣相氧化的時間為4?6h。
[0012]本發(fā)明還提供一種上述制備方法得到的鋰離子電池負極材料。
[0013]本發(fā)明上述制備方法所得的鋰離子電池負極材料，采用溶劑置換法(F34型超級恒溫水浴槽，德國Julabo公司)測得真密度為2.24?2.27g/cm3，采用振實密度儀(FZS4-4B型自動振實密度儀，北京鋼鐵研究總院)測試振實密度為0.77?0.83g/cm3，用比表面測試儀(N0VA4000E比表面積測試儀，美國康塔公司)測得比表面積為1.88?2.65m2/g，將負極材料組裝成電池后采用多通道電池測試系統(tǒng)(ITS5360電池充放電測試系統(tǒng)，艾德克斯公司)進行半電池充放電測試，其放電容量為351.1?357.4mAh/g，首充效率為92.6?93.4%。
[0014]本發(fā)明的有益效果在于:
[0015]本發(fā)明是一種鋰離子電池炭負極材料，經(jīng)高溫石墨化、氣相氧化后，其比表面積增加，亂層結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)整的片層結(jié)構(gòu)，應(yīng)用在鋰離子電池中可使得鋰離子更易嵌入、脫出，且嵌入通道增加，從而有效的提高了其放電容量和首充效率。
[0016]進一步，本產(chǎn)品原料比中間相炭微球成本低、容易獲得，但是其放電容量和首充效率與中間相炭微球相近，適于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0017]下面通過實施例對本發(fā)明進一步詳細描述，但并不限制本發(fā)明。
[0018]本發(fā)明的各實施例中所用的原料均購自上海國藥集團化學(xué)試劑有限公司。
[0019]實施例1
[0020]—種鋰離子電池炭負極材料及其制備工藝，將針狀焦經(jīng)過氣流粉碎機粉碎后經(jīng)360目和500目篩子篩分，除去小于25μπι和大于40μπι的顆粒，然后在100°C下干燥2h得到粒徑25?40μπι的物料A，采用石墨化爐在2800°C下Ar2氣氛中進行高溫石墨化反應(yīng)Ih得到物料B，隨即將物料B放入井式爐中在550°C下進行空氣氧化4h得到物料C ο以煤瀝青為包覆材料D在250°C下對物料C進行液相包覆得到混合物E，將混合物E在900°C下的炭化2h，即得到本發(fā)明
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[0021]其制備過程具體包括如下步驟:
[0022](I)、取300g針狀焦用氣流粉碎機粉碎，用360目和500目篩子將粉碎后的樣品篩分出25?40μπι的細粉，把針狀焦細粉放在烘箱中100°C烘2h得到物料A;
[0023](2)、將物料A放入中頻石墨化感應(yīng)爐中，抽真空，通入氬氣并升溫，升溫至1800°C保溫lh，繼續(xù)升溫至2800°C，保溫Ih降溫，降至室溫取出得到物料B;
[0024](3)、將物料B放入井式爐，通入空氣，升溫，于550°C下保溫4h，然后降至室溫取出得到物料C;
[0025](4)、將物料C和煤瀝青D放入三口燒瓶中，再將三口燒瓶轉(zhuǎn)移至250°C的電熱釜中加熱并攪拌分散，反應(yīng)30min后降溫至70?120°C，加入溶劑洗滌過濾，然后烘干得到物料E;
(5)、將物料E在900°C下的炭化2h，降至室溫取出。
[0026]采用溶劑置換法(F34型超級恒溫水浴槽，德國Julabo公司)測得真密度為2.26g/cm3。
[0027]采用振實密度儀(FZS4-4B型自動振實密度儀，北京鋼鐵研究總院)測試振實密度為0.83g/Cm30
[0028]采用比表面測試儀測(N0VA4000E比表面積測試儀，美國康塔公司)得比表面積為1.88m2/g0
[0029]采用多通道電池測試系統(tǒng)(ITS5360電池充放電測試系統(tǒng)，艾德克斯公司)進行半電池測試，其放電容量為356.8mAh/g，首充效率為93.3%。
[0030]實施例2
[0031]—種鋰離子電池炭負極材料及其制備工藝，將針狀焦經(jīng)過氣流粉碎機粉碎后經(jīng)360目和500目篩子篩分，除去小于25μπι和大于40μπι的顆粒，然后在100°C下干燥2h得到粒徑25?40μπι的物料A，再采用石墨化爐在2600°C下Ar2氣氛中進行高溫石墨化反應(yīng)Ih得到物料B，隨即將物料B放入井式爐中在650°C下進行CO2氧化4h得到物料C。以石油瀝青為包覆材料D在360°C下對物料C進行液相包覆得到混合物E，將混合物E在850°C下的炭化3h，即得到本發(fā)明產(chǎn)品。
[0032]其制備過程具體包括如下步驟:
[0033](I)、取300g針狀焦用氣流粉碎機粉碎，用360目和500目篩子將粉碎后的樣品篩分出25?40μπι的細粉，把針狀焦細粉放在烘箱中100°C烘2h得到物料A;
[0034](2)、將物料A放入中頻石墨化感應(yīng)爐中，抽真空，通入氬氣并升溫，升溫至1800°C保溫lh，繼續(xù)升溫至2600°C，保溫Ih降溫，將至室溫取出得到物料B;
[0035](3)、將物料B放入井式爐，通入C02，升溫，于650°C下保溫4h，然后再將至室溫取出得到物料C;
[0036](4)、將物料C和石油瀝青D放入三口燒瓶中，再將三口燒瓶轉(zhuǎn)移至300°C的電熱釜中加熱并攪拌分散，反應(yīng)20min后降溫至70?120°C，加入溶劑洗滌過濾，然后烘干得到物料E；
[0037](5)、將物料E在900°C下的炭化2h，降至室溫取出。
[0038]采用溶劑置換法(F34型超級恒溫水浴槽，德國Julabo公司)測得真密度為2.25g/Cm30
[0039]采用振實密度儀(FZS4-4B型自動振實密度儀，北京鋼鐵研究總院)測試振實密度為0.78g/Cm30
[0040]采用比表面測試儀測(N0VA4000E比表面積測試儀，美國康塔公司)得比表面積為2.41m2/g0
[0041]采用多通道電池測試系統(tǒng)(ITS5360電池充放電測試系統(tǒng)，艾德克斯公司)進行半電池測試，其放電容量為357.4mAh/g，首充效率為92.9%。
[0042]實施例3
[0043]—種鋰離子電池炭負極材料及其制備工藝，將針狀焦經(jīng)過氣流粉碎機粉碎后經(jīng)360目和500目篩子篩分，除去小于25μπι和大于40μπι的顆粒，然后在100°C下干燥2h得到粒徑25?40μπι的物料A，再采用石