[發明專利]一種鋰離子電池負極材料及其制備方法和應用方法

有效

• 申請號: 202110472189.4
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113258047B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 闞國鋒
• 申請（專利權）人: 湖南九華碳素高科有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M4/1395;H01M4/04;H01M10/0525;H01M10/058;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 長沙鑫澤信知識產權代理事務所(普通合伙) 43247
• 代理人: 尹鋒

本發明公開了一種鋰離子電池負極材料及其制備方法和應用方法，屬于鋰離子電池負極材料技術領域，該制備方法包括碳源的制備；碳源的純化；混合料的制備；碳化物的制備；鋰離子電池硅碳負極材料的制備。鋰離子電池負極材料是由所述的鋰離子電池負極材料的制備方法制備得到。其應用方法為：將所述鋰離子電池負極材料與乙炔黑、水性粘結劑LA133按照質量比91:3:6混合，以二甲基吡咯烷酮為溶劑，攪拌混合均勻成漿料；將所述漿料涂在所需尺寸的銅箔上，并通過真空干燥箱在85℃下干燥12h，然后通過輥機壓制成薄片，并將薄片在真空干燥箱中干燥，經模具沖壓制成電極片。本發明具有電化學容量高、成本低、綠色環保的優點。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料技術領域，更具體地說，它涉及一種鋰離子電池負極材料及其制備方法和應用方法。

背景技術

目前，用作鋰離子電池負極材料的主要還是碳材料，而碳材料主要包括天然石墨化碳材料和人造石墨化碳材料這兩類。石墨化碳材料由于其可以提供平穩的輸出電壓，較高的比容量以及高電壓，所以是目前比較常用的鋰離子電池負極材料。但是隨著社會的發展，人們現在已經不再滿足于當前的電池容量而不斷尋找新的負極材料，硅碳負極材料即是近幾年研究的熱點。

不論是傳統的人造石墨化負極材料，還是新型的硅碳負極材料，都要求有碳源做載體，如鋰電池領域大量使用的人造石墨，其碳源來源于石油焦，煤焦油，針狀焦等，在制造過程中需要大量的消耗能源，其過程屬于高能耗。公開數據顯示，2020年全國鋰離子電池石墨負極出貨量達到45萬噸，根據國家新能源戰略規劃，到2025年預計石墨負極材料出貨量將達100萬噸，到2035年預計在300萬噸的規模，方可滿足新能源汽車普及和相關能源轉型的規劃要求，生產人造石墨的優質針狀焦大部分依賴進口，且價格隨石油等大宗商品波動較大，在一定程度上對鋰電池產業的發展戰略形成不可忽略的威脅。同時，現有石墨負極材料的克容量發揮已基本達到其理論值，克容量的再拓展空間已不存在，迫切的尋找新的替代材料，助推鋰離子電池向更安全，更高能量密度，更經濟的方向發展。

經考察，國內碳/碳復合材料邊角料、廢棄料、退役廢棄料等余料每年達數百萬噸，為此，本發明提供一種鋰離子電池負極材料及其制備方法和應用方法，將碳/碳復合材料余料改性作為硅碳負極材料優質的碳源，減輕針狀焦、石油焦的大量依賴。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種鋰離子電池負極材料及其制備方法和應用方法，具有電化學容量高、成本低、綠色環保的優點。

為實現上述目的，本發明提供了如下技術方案：

一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、碳源的制備

將碳/碳復合材料余料碾碎過50-150目篩，經400-600℃灼燒，再與強堿混合，在80-100℃下攪拌至水份全部蒸發，然后通過石墨化爐進行石墨化處理，得到碳源；

S2、碳源的純化

將步驟S1得到的所述碳源放入蒸餾水中，并在60-80℃下攪拌1-5h，過濾，然后將過濾得到的濾餅用蒸餾水反復洗滌，洗至中性，烘干后，得到純化后的碳源；

S3、混合料的制備

將純化后的碳源與硅粉、硼、蔗糖混合，球磨1-5h，得到混合料；

S4、碳化物的制備

將步驟S3得到的所述混合料放入碳化爐中，通氮氣保護，在50-200rad/min攪拌下，以5℃/min的升溫速率，升溫至600-950度，保溫5-24h后，在氮氣保護下自然降至50-100℃，得碳化物；

S5、鋰離子電池硅碳負極材料的制備

將步驟S4得到的所述碳化物進行球化，球化時間為2-20min，過200-500目篩，得到鋰離子電池硅碳負極材料。