[發明專利]一種低成本人造石墨負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201711047311.3
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107863532A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 張保平;謝海軍
• 申請（專利權）人: 福建金山鋰科新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于新能源領域，涉及一種人造石墨負極材料的制備方法。

背景技術

隨著電動汽車以及混合動力電動車的迅猛發展，作為車載動力的鋰離子動力電池備受關注。目前，除了電池本身續航里程的限制外，高昂的電池價格在某種程度上來說也是電動汽車大規模使用需要突破的瓶頸。人造石墨負極材料因為價格便宜，放電平臺較平穩，儲鋰容量高，使用壽命等優點，被廣泛用作鋰離子動力電池的負極材料。但是今年以來，針狀焦價格從當初的4000-6000元/噸漲到目前25000-40000元/噸，隨著針狀焦價格的一路走高，人造石墨負極材料的價格也逐步趨高，價格的上漲給動力電池廠商帶來了很大的壓力，激烈的市場競爭，使得行業利潤滑坡，電池企業要想在競爭中求生存與發展，這就要求其使用更加物美價廉的替代材料。

發明內容

為了解決以上技術問題，本發明提供一種低成本倍率型人造石墨負極材料，包括：電煅煤:石油焦:瀝青，其重量比為 0-70：100-30：5-30。

本發明采用以上技術方案，其優點在于，本發明采用電煅無煙煤、石油焦、瀝青為原材料制備人造石墨負極。采用該工藝制備方法有以下顯著優點：煤基炭材料由于其原料來源豐富，成本低，其結構具有炭材料的類似結構而倍受關注，煤是重要的能源，因為含有豐富的含碳有機物質被稱為“工業的糧食”。我國是一個缺油少氣富煤的國家，煤炭探明和預測資源量約 5. 52×10¹²t。煤是以芳環、脂環、雜環為基本結構單元，并帶有各種側鏈( 如甲基、酚烴基、羧基) 和活性官能團的縮合芳香體系，富含大稠環有機化合物，含碳量高。長煙煤含碳量超過 80% ，無煙煤含碳量高達 90% 以上，經過高熱裂解，幾乎變為全碳物質。根據其成分、結構特點，煤不僅是一種儲量豐富且價格低廉的工業原料，也可能成為生產先進炭素材料的重要碳源，石墨化處理的無煙煤具有巨大的成本優勢，必將使鋰離子電池的成本大幅下降。

相應的，本發明還提供一種制備低成本人造石墨負極材料的方法，包括以下幾個步驟：

步驟（1）人造石墨負極材料半成品的制備：粉碎電煅煤、石油焦、瀝青；將電煅煤、石油焦、瀝青以及輔料按照比例混合均勻；將混合均勻的物料裝爐、造粒，得到人造石墨負極材料半成品；

步驟（2）人造石墨負極材料成品的制備：將造粒處理的物料進行石墨化處理,石墨化溫度大于等于2800℃，石墨化時間大于等于8h；將石墨化處理的物料經分級、除磁、包裝等后續處理工序得到所需的人造石墨負極材料成品。

本發明采用以上技術方案，其優點在于，電煅煤經過石墨化以后常常用來制作高爐碳磚，強度很高。在傳統工藝中針狀焦，石油焦常常被用來制備人造石墨負極材料，因為他們在高溫過程中較容易形成石墨化，制備的人造石墨容量較高。本發明采用易石墨化的電煅無煙煤來制備高性能人造石墨其優點在于，電煅無煙煤同針狀焦和石油焦而言，一次顆粒可以粉碎的很細，保證了石墨化后產品的倍率性能，在材料制備過程中添加了一定的細顆粒的石油焦，這些混捏在一起制備成二次顆粒的石油焦在石墨化過程中起到了形核質點的作用，促進了電煅無煙的石墨化，高溫瀝青在本發明中作粘結劑，因為無煙煤和石油焦的粒徑較小，制備二次顆粒時所需瀝青量較大，本發明中在制備工藝中對高溫瀝青有一變質處理過程，促使瀝青大量轉變成中間相瀝青，在起到粘結劑的同時，也能夠大量的轉化易石墨化區，同時在制備過程中添加了適量的催化劑，使得電煅無煙煤能夠很好的石墨化。優選的，所述步驟（1）中的電煅煤、石油焦、瀝青經過粉碎處理后的粒徑采用3-8微米。

優選的，所述步驟（1）中的輔料采用催化劑，催化劑采用氧化鐵，氧化硅，碳化硅的一種或幾種，催化劑的平均粒徑小于3微米，用量為0-10%。

優選的，所述步驟（1）中的瀝青采用中溫改性瀝青或高溫瀝青，瀝青采用煤瀝青或石油瀝青。

優選的，所述步驟（1）中，人造石墨負極材料半成品的造粒溫度區間150-700℃，造粒時間8-12小時。

優選的，所述步驟（2）中，將造粒后的物料進行高溫石墨化處理以及后續的分級、除磁、包裝等工序得到所需的人造石墨負極材料成品。

本發明采用電煅無煙煤、石油焦、瀝青為原材料，通過合理的成分設計，采用粉碎、造粒、石墨化等工藝制備低成本人造石墨負極材料。所得人造石墨負極材料，比表面積小于3.4 m2/g，容量大于350mAh/g，首次效率高達92%。與傳統制備方法相比，原材料來源更廣泛，成本更低，使用壽命更好。