[發(fā)明專利]碳負(fù)極材料前驅(qū)體及其制備方法和應(yīng)用、碳負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010587696.8
• 申請(qǐng)日: 2020-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111777414B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張留峰;郭培瑞;唐杰;孫占龍;楊生斌;徐秀麗;唐帥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山西沁新能源集團(tuán)股份有限公司
• 主分類號(hào): C04B35/52
• 分類號(hào): C04B35/52;C04B35/622;C04B38/06;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 劉依云;喬雪微

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳負(fù)極材料前驅(qū)體及其制備方法和應(yīng)用、一種碳負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用。所述碳負(fù)極材料前驅(qū)體由高階煙煤、煤基粘結(jié)劑、煤基惰性劑和添加劑的混合物經(jīng)過(guò)熱處理得到；其中，所述高階煙煤為鏡質(zhì)組平均反射率＞1.3％的煙煤，所述高階煙煤選自高階焦煤和/或瘦煤。本發(fā)明采用來(lái)源廣泛且價(jià)格低廉的高階煙煤、煤基粘結(jié)劑和煤基惰性劑，一方面擴(kuò)大前驅(qū)體的碳源，降低生產(chǎn)成本；同時(shí)，添加劑的加入，有效改善前驅(qū)體的孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高由該前驅(qū)體制備的碳負(fù)極材料的電化學(xué)性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳負(fù)極材料前驅(qū)體及其制備方法和應(yīng)用、一種碳負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

電池負(fù)極材料使用最廣泛的是石墨化碳材料，在石墨化碳類負(fù)極材料中，人造石墨循環(huán)壽命高、倍率性能好，多用于動(dòng)力鋰電池。以人造石墨生產(chǎn)碳負(fù)極材料的原料多以針狀焦、中間相炭微球等高端碳材料為主，這些原料在國(guó)內(nèi)外都屬于緊缺產(chǎn)品，市場(chǎng)呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，成本高昂，且質(zhì)量也千差萬(wàn)別。依賴外購(gòu)這類原料生產(chǎn)負(fù)極材料，造成了企業(yè)生產(chǎn)成本過(guò)高及生產(chǎn)的不穩(wěn)定。而現(xiàn)有碳負(fù)極前驅(qū)體生產(chǎn)技術(shù)所產(chǎn)碳負(fù)極材料前驅(qū)體，難石墨化、熱膨脹系數(shù)高和孔隙率低，用其石墨化獲得的負(fù)極材料電化學(xué)性能差，因此，開(kāi)發(fā)一種可穩(wěn)定控制質(zhì)量且性價(jià)比較高的碳負(fù)極材料前驅(qū)體及其制備技術(shù)大勢(shì)所趨。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中碳負(fù)極材料前驅(qū)體存在難石墨化、熱膨脹系數(shù)高和孔隙率低等問(wèn)題，以及原料緊缺、成本高等問(wèn)題，提供一種碳負(fù)極材料前驅(qū)體及其制備方法和應(yīng)用、一種碳負(fù)極材料及其制備方法和應(yīng)用。該前驅(qū)體具有低灰分、低硫分、高固定碳含量等特點(diǎn)，提高了前驅(qū)體的石墨化度和孔隙率，從而提高碳負(fù)極材料的電化學(xué)性能，且該前驅(qū)體的碳源來(lái)源廣泛且價(jià)格低廉，且制備簡(jiǎn)單便于工業(yè)化生產(chǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種碳負(fù)極材料前驅(qū)體，所述前驅(qū)體由高階煙煤、煤基粘結(jié)劑、煤基惰性劑和添加劑的混合物經(jīng)過(guò)熱處理得到；其中，所述高階煙煤為鏡質(zhì)組平均反射率＞1.3％的煙煤，所述高階煙煤選自高階焦煤和/或瘦煤。

優(yōu)選地，所述高階煙煤、煤基粘結(jié)劑、煤基惰性劑和添加劑的重量比為25-45：15-35：25-45：0.2-3，優(yōu)選為30-45：20-35：30-45：0.5-3，進(jìn)一步優(yōu)選為35-40：20-30：35-40：0.5-2。

優(yōu)選地，所述碳負(fù)極材料前驅(qū)體的參數(shù)滿足：灰分含量＜3wt％，硫分含量＜0.5wt％，固定碳含量＞96wt％。

本發(fā)明第二方面提供一種碳負(fù)極材料前驅(qū)體的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)將高階煙煤、煤基粘結(jié)劑、煤基惰性劑和添加劑進(jìn)行混合、成型，得到料餅；

(2)將所述料餅依次進(jìn)行熱處理、冷卻、整粒，得到碳負(fù)極材料前驅(qū)體；

其中，所述高階煙煤為鏡質(zhì)組平均反射率＞1.3％的煙煤，所述高階煙煤選自高階焦煤和/或瘦煤。

優(yōu)選地，步驟(1)中，所述混合包括：將所述高階煙煤、煤基粘結(jié)劑和煤基惰性劑分別粉碎后，再與添加劑進(jìn)行混合。

優(yōu)選地，步驟(2)中，所述熱處理包括：第一階段、第二階段、第三階段和第四階段。

本發(fā)明第三方面提供一種第一方面提供的碳負(fù)極材料前驅(qū)體和/或第二方面提供的方法制得的碳負(fù)極材料前驅(qū)體在碳負(fù)極材料中的應(yīng)用。

本發(fā)明第四方面提供一種碳負(fù)極材料的制備方法，該方法包括：提供的碳負(fù)極材料前驅(qū)體和/或第二方面提供的方法制得的碳負(fù)極材料前驅(qū)體進(jìn)行石墨化處理，得到碳負(fù)極材料。

本發(fā)明第五方面提供一種第四方面提供的方法制得的碳負(fù)極材料。

本發(fā)明第六方面提供一種第四方面提供的方法制得的碳負(fù)極材料和/或第五方面提供的碳負(fù)極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用。