一种车载与储能用锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种车载与储能用锂离子电池负极材料、电池及其制备方法。本发明专利技术与现有技术相比，采用机械物理研磨改性的方法，将纳米导电碳涂覆嵌入到石墨颗粒表面。这种方法可以提高导电剂的使用效率和在材料表面的稳定性，从而提高负极活性物质与电解液的相容性能，改善锂离子电池的低温和倍率性能。其首次充放电效率高达94.0%以上，25℃低温回升率高于98.0%，比现有技术提高8.0%以上。本发明专利技术的方法操作简单、易于控制，生产成本低、适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种车载与储能用锂离子电池负极材料及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池材料领域，具体地，本专利技术涉及种车载与储能用锂离子电池负极材料及其制备方法。
技术介绍
目前，商用锂离子电池负极材料以石墨类材料为主，石墨作为负极材料的理论比容量达372mAh/g，但是它存在充放电倍率性能差、与电解质相容性差、低温性能差等缺点，这些都直接影响到锂离子电池在动力及储能电池领域的发展进程。通过对石墨类材料进行包覆改性处理，可使材料的可逆容量、循环性能以及与电解液的相容性得到较大地提升，但由于包覆材料沥青或树脂或高分子物质导电性能比石墨差，故电极材料的导电性能相应变差，且低温倍率性能不好；经过大量研究工作发现，导电剂的加入能够有效提高包覆石墨材料的导电性能，电极材料与电解液的相容性同时得以提高。导电材料的加入一定程度上能够提高石墨材料的导电性能，但存在导电剂分散难，生产效率低下等问题，且分散好的导电剂如不及时使用，还会出现二次团聚现象，从而影响导电剂的使用效率以及材料的均一性，导致锂离子电池的循环和倍率性能降低。CN101887967A公开了一种锂离了电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：液相混合、干燥、碳化处理、高温处理、复合。该负极材料的制备方法同时包括碳化处理和高温处理，所述复合包括依次混合和融合，能耗高，成本高，操作复杂，不利于工业化生产。因此，开发一种导电性能、循环性能和倍率性能优异，并且制备方法简单，生产成本低的锂离了电池负极材料是所属领域的技术难题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种车载与储能用锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）采用有机碳源对石墨类材料进行包覆，得到混合料；（2）将混合料于500-1800℃进行碳化处理，得到外有无序结构碳材料包覆层的石墨材料；（3）将步骤（2）得到的材料与导电材料进行机械物理研磨改性处理；（4）筛分、除磁，得到锂离子电池负极材料。优选地，所述石墨类材料为天然石墨、人造石墨或碳微球中的1种或至少2种的组合；优选地，所述石墨类材料的固定碳含量大于等于99.9%，长短轴比为1.0-2.5，平均粒度为1-30μm，Dmax≦40.0μm，比表面积为2.0-20.0m2/g，粉体压实密度为1.45-2.05g/cm3；层间距(d002)为0.3354-0.3363nm；菱形结构（3R）含量为1.0-35.0%，ID/IG（面积比）为0.1-1.0；I110/I004为0.05-0.95，Lc为200.0-1000.0nm；La为800.0-1800.0nm，磁性物质含量为0.5ppm以下；金属异物颗粒大小为100.0μm以下；在压实密度为1.5g/cc下的粉末电导率为50.0-800.0S/cm。优选地，所述有机碳源为煤沥青、石油沥青、中间相沥青、高分子材料或聚合物中的1种或至少2种的组合。优选地，所述导电材料为纳米导电剂和/或导电石墨；优选地，所述纳米导电剂为CNTs、碳纤维、纳米石墨或石墨烯中的1种或至少2种的组合；优选地，所述纳米导电剂的平均尺寸（D50）为10-600.0nm，比表面积SSA为2.0-60.0m2/g；优选地，所述纳米导电剂的平均尺寸为10.0-300.0nm；优选地，所述CNT和碳纤维的直径为1-300nm，长度为1-20μm；优选地，所述石墨烯的石墨片层数为1-100；优选地，所述纳米导电剂以纳米导电液的形式存在；优选地，所述纳米导电液中纳米导电剂的含量为0.5-20wt％；优选地，所述纳米导电液中分散溶剂为水、甲醇、乙醇、丙酮或氯仿中的1种或至少2种的组合。优选地，所述导电材料为导电天然石墨粉、导电人造石墨粉或纳米导电炭黑(Super-P)中的1种或至少2种的组合；优选地，所述导电材料呈片状或块状，长短径比为1.3-4.5，平均粒径为0.5-12.0μm，比表面积SSA为2.0-60.0m2/g。优选地，步骤（1）所述包覆为固相包覆或液相包覆。本专利技术所述固相包覆为所属领域已知技术，所属领域技术人员可根据需要选择合适的技术参数。所述固相包覆的非限制性的例子包括：将有机碳源和石墨类材料置于混合机中，控制温度在15℃-80℃，以转速400-2000rpm，处理1-300min，得到混合料；所述混合机为高速改性VC混合机、锥形混合机或混捏机。本专利技术所述液相包覆为所属领域已知技术，所属领域技术人员可根据需要选择合适的技术参数。所述液相包覆的非限制性的例子包括：将有机碳源加入到溶剂中，采用高速搅拌机进行液相混合，搅拌转速为3000-5000rpm，搅拌时间为20-60min，温度为80-90℃，然后将石墨基体材料加入到上述混合物中，有机碳源与石墨基体材料的质量比为1:9-2:8，继续采用高速搅拌机进行液相混合，搅拌转速为3000-5000rpm，搅拌时间为120-180min，所用溶剂与石墨基体材料的质量比为2～1.2，干燥，得到混合料，所述溶剂为乙醇或甲醇；所述液相包覆中干燥采用喷雾干燥机进行，喷雾干燥机的进口温度为150-350℃，出口温度为20-250℃，压强为10-100MPa，进料频率为10-100Hz，搅拌转速为3000-5000rpm，搅拌时间为120-180min，所用溶剂与石墨基体材料的质量比为2～1.2，干燥，得到混合料，所述溶剂为乙醇或甲醇。优选地，步骤（2）所述碳化处理温度为600-1600℃，特别优选为700～1500℃。优选地，步骤（3）所述机械物理研磨改性处理为球磨处理、融合处理或高速纳米分散处理；优选地，所述球磨改性处理时间为5.0min以上，处理速度为200-4000r/min；所述球磨改性处理时间可以为6.0min、8.0min、10.0min、15.0min、20.0min、50.0min、100.0min、200.0min、300.0min、500.0min、800.0min、1000.0min、1100.0min、1150.0min、1180.0min、1190.0min、1195.0min或1199.0min等，优选5.0-1200.0min；所述球磨改性处理速度可以为210r/min、220r/min、250r/min、300r/min、500r/min、1000r/min、1500r/min、2000r/min、2500r/min、3000r/min、3500r/min、3800r/min、3900r/min或3950r/min等；优选地，所述球磨改性处理采用的球的直径为0.1-3.0mm，球的种类为氧化铝球或刚玉球；优选地，所述融合处理时间为20.0-800.0min，转速为800-3000r/min，腔体间隙为0.1-2.0cm，温度为10-80℃；优选地，所述融合处理时间为20.0-300.0min；优选地，所述融合处理转速为800-2600r/min；优选地，所述融合处理的腔体间隙为0.1-1.0cm；优选地，所述融合处理温度为20-60℃；优选地，所述高速纳米分散时间为20.0-1200.0min，转速为200-8000r/min；优选地，所述高速纳米分散采用分散剂；优选地，所述导电材料与分散剂的质量比为1:0.1-1:1，特别优选1:0.3-1:0.8；优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车载与储能用锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：（1）采用有机碳源对石墨类材料进行包覆，得到混合料；（2）将混合料于500?1800℃进行碳化处理，得到外有无序结构碳材料包覆层的石墨材料；（3）将步骤（2）得到的材料与导电材料进行机械物理研磨改性处理；（4）筛分、除磁，得到锂离子电池负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种车载与储能用锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)采用有机碳源对石墨类材料进行包覆，得到混合料；所述石墨类材料的固定碳含量大于等于99.9％，长短轴比为1.0-2.5，平均粒度为1-30μm，Dmax≦40.0μm，比表面积为2.0-20.0m2/g，粉体压实密度为1.45-2.05g/cm3；层间距为0.3354-0.3363nm；菱形结构含量为1.0-35.0％，ID/IG为0.1-1.0；I110/I004为0.05-0.95，Lc为200.0-1000.0nm；La为800.0-1800.0nm，磁性物质含量为0.5ppm以下；金属异物颗粒大小为100.0μm以下；在压实密度为1.5g/cc下的粉末电导率为50.0-800.0S/cm；(2)将混合料于900-1600℃进行碳化处理，得到外有无序结构碳材料包覆层的石墨材料；(3)将步骤(2)得到的材料与导电材料进行球磨改性处理、融合处理或高速纳米分散处理；所述导电材料为纳米导电剂或纳米导电剂和导电石墨；所述导电材料呈片状或块状，长短径比为1.3-4.5，平均粒径为0.5-12.0μm，比表面积SSA为2.0-60.0m2/g；所述纳米导电剂为碳纳米管、碳纤维、纳米石墨或石墨烯中的1种或至少2种的组合；所述纳米导电剂的平均尺寸为10-600.0nm，比表面积SSA为2.0-60.0m2/g；所述纳米导电剂以纳米导电液的形式存在；所述纳米导电液中分散溶剂为水、甲醇、乙醇、丙酮或氯仿中的1种或至少2种的组合；(4)筛分、除磁，得到锂离子电池负极材料。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨类材料为天然石墨、人造石墨或碳微球中的1种或至少2种的组合。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机碳源为煤沥青、石油沥青、中间相沥青或高分子材料中的1种或至少2种的组合。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米导电剂的平均尺寸为10.0-300.0nm。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳纳米管和碳纤维的直径为1-300nm，长度为1-20μm。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨烯的石墨片层数为1-100。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纳米导电液中纳米导电剂的含量为0.5-20wt％。8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述包覆为固相包覆或液相包覆。9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球磨改性处理时间为5.0min以上，处理速度为200-4000r/min。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球磨改性处理时间为5.0-1200.0min。11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述球磨改性处理采用的球的直径为0.1-3.0mm，球的种类为氧化铝球或氧化锆球。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述融合处理时间为20.0-800.0min，转速为800-3000r/min，腔体间隙为0.1-2.0cm，温度为10-80℃。13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述融合处理时间为20.0-300.0min。14.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述融合处理转速为800-2600r/min。15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述融合处理的腔体间隙为0.1-1.0cm。16.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述融合处理温度为20-60℃。17.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高速纳米分散处理时间为20.0-1200.0min，转速为200-8000r/min。18.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳敏，闫慧青，钟正，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：