[發明專利]一種鋰電池負極材料的生產工藝

有效

• 申請號: 201710643149.5
• 申請日: 2017-07-31
• 公開（公告）號: CN107528049B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 王永紅;李瑛;李瑞芳;任東霞;祁占文;陳茹
• 申請（專利權）人: 山西三元炭素有限責任公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M10/052
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及鋰電池負極材料技術領域，特別是一種鋰電池負極材料的生產工藝。

背景技術

負極材料作為鋰電池四大組成材料之一，在提高鋰電池的容量以及循環性能方面起到了非常重要的作用，是鋰電池產業中游的核心環節。負極材料分類眾多，其中石墨類碳材料一直處于負極材料的主流地位。石墨分為天然石墨與人造石墨，目前用于動力電池上占優勢的為人造石墨。相對于天然石墨而言，人造石墨的層間距較大，石墨化度較低(≤93％)，結晶度較低，存在部分亂層結構。而且，人造石墨表面粗糙、多孔、比表面較大，對電解液中的溶劑比較敏感，因而人造石墨的首次效率和比容量(≤350mAh/g)都較低。為了獲得性能優良的負極材料，需要對人造石墨進行表面的改性與修飾。現有技術中，有研究者采用瀝青等包覆人造石墨并進行炭化，使得人造石墨的表面形成一層無定形的炭包覆層，該包覆層既可以阻止有機溶劑的共嵌入，又可以阻止石墨脹縮引起的表層脫落，使得人造石墨保持高容量、低電位及與溶劑相容的特性。但是，該現有技術存在如下缺陷：1、炭化過程易結塊，導致炭化收率低、包覆層均勻性差；2、包覆后需要進行破碎，不符合節能減排的要求。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提出一種鋰電池負極材料的生產工藝。

本發明的技術方案是這樣實現的：

一種鋰電池負極材料的生產工藝，包括如下生產步驟：

第一步，制備人造石墨：

除雜，對煤焦油進行凈化使其喹啉不溶物含量＜0.05％，之后以此為原料制得煤瀝青，將所制備的煤瀝青催化改性并除去煤瀝青中的硫、氮和喹啉不溶物后得到改性煤瀝青；

制焦；

整形，將同性焦破碎、過篩后進行整形；

石墨化，將焦粉進行石墨化制得人造石墨；

第二步，對人造石墨進行表面改性：

第三步，預氧化：將第二步所得的產品升溫至300-330℃，之后恒溫保持120-200min；

第四步，炭化。

優選的，第一步中整形后得到長徑比1-1.5的卵石狀的焦粉。該形貌可以有效降低負極材料的比表面，提高負極材料的循環效率，而且包覆后無需破碎。

更為優選的，第三步中采用程序升溫法進行升溫，所述程序升溫的具體步驟為：以1-2℃/min先升溫至130℃，恒溫保持30min；再以0.7-1.5℃/min升溫至200℃，恒溫保持60min；最后以0.5-1.3℃/min升溫至300-330℃。

程序升溫的第一步，以1-2℃/min先升溫至130℃，恒溫保持30min，這一階段，逸出小分子，有助于提高預氧化收率；第二步，以0.7-1.5℃/min升溫至200℃，恒溫保持60min，此階段包覆瀝青大分子鏈內發生環化反應，開始初步形成網狀梯形結構，構建穩定的熱力學形態；第三步，以0.5-1.3℃/min升溫至300-330℃，恒溫保持120-200min，包覆瀝青進行充分的環化和交聯反應，形成穩定的網狀梯形結構，維持瀝青包覆形態。采用該程序升溫方式進行預氧化處理，有助于包覆層的無定形炭大分子鏈轉化為穩定結構，使其的熱力學處于穩定狀態，顯著提高了后續的炭化收率，改善了產品的質量。

進一步優選的，第二步的具體操作為：稱取一定量的人造石墨至攪拌包覆設備中，180-210℃下攪拌加熱1.5-2h，之后稱取一定量的改性煤瀝青、加熱至180-210℃用噴槍噴灑到正在攪拌的人造石墨上，噴灑完成后繼續恒溫攪拌1-2h完成包覆；所述人造石墨的稱取量為所述改性煤瀝青稱取量的8.5-10倍。

進一步優選的，第一步中，改性煤瀝青的軟化點80-100℃，結焦值45-55％，喹啉不溶物含量＜0.01％；石墨化處理中，焦粉的石墨化度≥96％。上述改性煤瀝青中硫、氮及喹啉不溶物等雜質含量極低，以此作為制備人造石墨的原料，有助于改善鋰電池負極材料的各項性能。

更為優選的，

第一步中制焦的具體操作為：將改性煤瀝青在510-550℃下焦化并于700-800℃下煅燒，得到同性焦；

第四步炭化的具體操作為：將第三步所得的產品在氮氣保護下升溫至800-1000℃，之后恒溫保持120-200min。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：

1、炭化之前采用程序升溫方式進行預氧化處理，將包覆層的無定形炭大分子鏈轉化為穩定結構，使其處于熱力學穩定狀態，極大地提高了后續的炭化收率，改善了產品的質量；