[發明專利]碳負極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202110055379.6
• 申請日: 2021-01-15
• 公開（公告）號: CN112794321A
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 常鴻雁;周穎;程時富;向檸;竇睿智;鄭倫;辛凡文
• 申請（專利權）人: 中國神華煤制油化工有限公司;中國神華煤制油化工有限公司上海研究院;大連理工大學
• 主分類號: C01B32/205
• 分類號: C01B32/205;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉依云;劉亭亭

本發明涉及鋰離子電池制備領域，具體涉及一種碳負極材料及其制備方法和應用。本發明提供的碳負極材料的制備方法包括：(1)將D50為5?15μm的煤液化瀝青基針狀焦與瀝青進行混合，并將得到的混合物進行包覆處理，得到包覆產物；(2)將所述包覆產物進行焦化處理，得到焦化產物；(3)將所述焦化產物進行石墨化處理，得到碳負極材料；其中，步驟(1)?(3)各自獨立地在惰性氣體氣氛中進行。該方法制得的碳負極具有較高的電化學性能；同時，將本發明提供的碳負極材料用于鋰離子電池，有效提高鋰離子電池的電化學性能。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池制備領域，具體涉及一種碳負極材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池以其優秀的性能成為二次電池的主流發展方向。特別是幾年電動汽車的迅速發展，驅動了對鋰離子電池及負極材料的強勁需求。負極材料對鋰離子電池的安全性、循環使用壽命和能量密度有重要影響。目前，商品化的鋰離子電池負極材料要有：碳基——石墨；非碳基——硅基(與石墨搭配用)。其中人造石墨以成本低、容量高、石墨化成度高、導電率高、灰份少的特點，占據負極材料68％的份額。未來隨著產業發展，市場規模還將大幅擴大。隨著市場對動力電池能量密度、安全性、倍率性、壽命等要求的提升，未來對負極材料的走向，也提出了更高的要求。

自2014年開始，中國鋰電負極材料開始批量使用針狀焦產品作為負極材料原料，隨后在整個負極材料市場發展的帶動下，針狀焦的應用量呈現逐年增長的態勢，預計近幾年內國內負極材料對于針狀焦的需求仍將呈現上升趨勢。

目前負極材料用的針狀焦主要是煤系或石油系針狀焦，如CN110718690A公開一種基于針狀焦生焦和煅后焦的電池負極材料的制備方法，該方法包括：通過經破碎得到不同中位徑的揮發分含量為10-30％的針狀焦生焦顆粒和生焦相同中位徑的針狀焦煅后焦顆粒，根據針狀焦生焦揮發份含量的不同決定兩種焦的混合比例，然后經過高溫炭化、石墨化，篩分后得到所需中位徑的鋰離子電池負極材料；CN108328613A公開一種利用針狀焦生產石墨負極材料的方法及負極材料的方法，該方法包括：將針狀焦粉碎、球化、篩分、配料、包覆、石墨化、篩分得到產品，其中，在配料步驟中針狀焦的粒徑范圍及重量份數如下：10-15μm為10-15份；15-25μm為50-55份；25-30μm為20-35份。但目前還尚未文獻報道利用煤液化瀝青基針狀焦制備鋰離子電池用負極材料的方法。

因此，亟需一種基于煤液化瀝青基針狀焦制備碳負極材料的方法。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術碳負極材料在制備過程中存在工藝條件復雜、有機溶劑污染回收、針狀焦種類單一，以及制得的碳負極材料電化學性能低等問題，提供一種碳負極材料及其制備方法和應用，該碳負極材料具有較高的電化學性能，同時，該方法采用瀝青包覆煤液化瀝青基針狀焦，拓寬了煤液化油渣的應用領域。

為了實現上述目的，本發明第一方面提供一種碳負極材料的制備方法，該方法包括以下步驟：

(1)將D50為5-15μm的煤液化瀝青基針狀焦與瀝青進行混合，并將得到的混合物進行包覆處理，得到包覆產物；

(2)將所述包覆產物進行焦化處理，得到焦化產物；

(3)將所述焦化產物進行石墨化處理，得到碳負極材料；

其中，步驟(1)-(3)各自獨立地在惰性氣體氣氛中進行。

本發明第二方面提供一種第一方面提供的方法制得的碳負極材料。

本發明第三方面提供一種第二方面提供的碳負極材料在鋰離子電池中的應用。

相比現有技術，本發明具有以下優勢：

(1)本發明提供的碳負極材料的制備方法，該方法采用瀝青包覆煤液化瀝青基針狀焦，尤其采用煤液化瀝青包覆煤液化瀝青基針狀焦，并結合焦化處理和石墨化處理，得到了具有較高電化學性能的碳負極材料；