[發明專利]一種鋰電池負極用瀝青和鋰電池負極及其制備方法和鋰電池

有效

• 申請號: 201611190965.7
• 申請日: 2016-12-21
• 公開（公告）號: CN106784685B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 劉均慶;梁文斌;徐文強;鄭冬芳;段春婷;梁朋;王秋實
• 申請（專利權）人: 神華集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/1393;H01M4/136;H01M10/0525;C10C3/02
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 嚴政;劉依云

技術領域

本發明涉及鋰電池負極材料領域，具體地，涉及一種鋰電池負極用瀝青和鋰電池負極及其制備方法和鋰電池。

背景技術

傳統的鋰電池電極材料有軟碳、硬碳、天然石墨之分。不同類型的材料具有不同的鋰離子儲存、傳送特點。天然石墨石墨化度高，鋰離子儲存量大，電池容量大，但嵌鋰、脫鋰速度慢，充放電速度慢；硬碳石墨化度低，鋰離子傳輸途徑短，傳輸速度快，但容量小。為了平衡充放電速度與電容量，需要改進電極材料。

CN103078088A公開了一種鋰離子電池負極材料，由重量比為5～40：1：0.5的煤焦、瀝青和碳納米管制成。該材料是先將煤焦和瀝青溶于有機溶劑后再在壓力容器中進行液相脫水處理，然后通過包覆改性、低溫固化、炭化以及高溫石墨化處理；最后再加入碳納米管進行超聲波分散，將得到的粉體過篩后得到炭改性材料。該材料可以提高鋰離子電池循環壽命和首次效率。

CN102800852A公開了一種動力鋰離子電池負極材料制備方法，包括：(1)加料：以重量計，按主體材料：分散材料：粘結材料＝1：0.1～0.5：0.1～1的比例將主體材料、分散材料、粘結材料加入攪拌釜中攪拌，使原料固體顆粒之間混合充分均勻；所述主體材料為粒度中位徑≤7μm的無定形碳粉；所述分散材料為粒度中位徑為8μm～13μm的石墨粉；所述粘結材料為粒度中位徑≤5μm、碳含量≥50％的瀝青粉或樹脂粉或其混合物；(2)升溫：在加入原料的同時攪拌釜開始升溫、攪拌，30～180min內升溫至200～350℃，溫度達到預定值后恒溫，再攪拌60～360mn，控制物料粒度尺寸在1～10mm；(3)碳化：將步驟(2)所得物料置于碳化爐中，在防氧化保護條件下，600～1200℃保持3～8h；(4)冷卻：將步驟(3)所得物料冷卻至室溫，然后進行破碎，收集粒度中位徑9～17μm的物料；(5)表面修飾：將步驟(4)所得物料與粘結材料以重量計按1：0.02～0.1的比例投入攪拌釜中攪拌30～180min；(6)石墨化：將步驟(5)所得物料放入石墨化爐中升溫至2600～3000℃保溫4～48h。該方法制備的電極材料采用無定形碳粉、石墨粉、瀝青粉或樹脂粉的混合物。

CN102522532A一種新型鋰離子電池負極材料，所述負極材料由天然石墨、石油焦炭和瀝青復合而成，所述天然石墨、石油焦炭、瀝青的重量份為：天然石墨35-55，石油焦炭25-45，瀝青15-25。

現有技術通過復合多種材料的辦法制備電極材料，但是存在工藝復雜，添加的物質種類多，不易控制、分散不均勻的缺陷，影響最終獲得電極的性能。

發明內容

本發明的目的是為了改進制備鋰電池負極材料的瀝青選擇，提高鋰電池電極性能，提供了一種鋰電池負極用瀝青和鋰電池負極及其制備方法和鋰電池。

為了實現上述目的，本發明提供一種鋰電池負極用瀝青，其中，所述鋰電池負極用瀝青含有難石墨化組分和易石墨化組分，所述難石墨化組分與所述易石墨化組分的質量比為(20～80)：(80～20)。

本發明還提供一種制備本發明的鋰電池負極用瀝青的方法，該方法包括：

(1)選取瀝青a，所述瀝青a的分子量分布M_n/M_w為1.2以上，且所述瀝青a的正庚烷可溶物HS含量為20～80重量％；

從所述瀝青a以外的其他瀝青中選取瀝青b和瀝青c，所述瀝青b的軟化點為60～90℃，且所述瀝青b的甲苯可溶組分含量為40～90重量％；所述瀝青c的軟化點為130～180℃，且所述瀝青c的甲苯可溶組分含量為30～80重量％；

(2)將至少一種所述瀝青a作為電極原料-I，或者選取所述瀝青a、瀝青b和瀝青c中的至少兩種進行混合為電極原料-II；

(3)在惰性氣氛下，將所述電極原料-I或所述電極原料-II進行聚合反應，得到鋰電池負極用瀝青。

本發明還提供一種鋰電池負極，其中，所述鋰電池負極含有硬碳結構和類石墨結構；所述鋰電池負極經XRD測定并計算得到的d002數值為0.34～0.45nm；所述鋰電池負極的10c充放電容量保持率為50％以上。

本發明還提供一種制備本發明的鋰電池負極的方法，該方法包括：

(A)將本發明的鋰電池負極用瀝青，或本發明的方法制得的鋰電池負極用瀝青在200～280℃下進行穩定化處理2～10h；

(B)將步驟(A)得到的產物在600～1200℃下進行炭化處理0.5～2h。

本發明還提供一種鋰電池，該鋰電池包括本發明的鋰電池負極或者本發明的方法制得的鋰電池負極。