一种锂离子电池用石墨负极材料的碳包覆制备方法与流程

1.本发明涉及锂离子石墨负极材料的改性技术领域，具体涉及一种锂离子电池用石墨负极材料的碳包覆制备方法。


背景技术：

2.锂离子电池因具有能量密度高、电压高、安全性能好、循环寿命长、无记忆效应和无环境污染等优点，已经成为各种便携式电子产品的首选电源。目前锂离子电池生产中广泛采用的负极材料是碳素类材料，其中石墨具有石墨化度高、容量高、成本低的特点，是锂离子电池负极材料的研发重点之一。
3.然而天然石墨表面异质性强，活性位点多，会在锂离子嵌入时发生溶剂共嵌入，难以在首次充电时形成均匀、致密的sei膜，且与电解液润湿效果差，充放电过程中易发生石墨片层脱落，造成循环寿命短等问题。采用在高度石墨化的炭材料或硬炭材料表面包覆一层无定形炭材料，制备出具有核-壳结构的复合炭材料，可以极大的改善石墨材料的电化学性能。
4.如果采用液相包覆的方法，无需沥青破碎设备，也无需高温设备让沥青熔融包覆，更容易实现沥青均匀包覆，因而受到越来越多的关注。液相包覆法是采用有机溶剂将沥青溶解后，与石墨共浸渍，然后将有机溶剂烘干，从而将沥青包覆于石墨表面。该包覆方法中溶剂的烘干过程，对沥青的包覆后材料的性能影响很大。
5.综上所述，目前需要提供一种充放电效率高，循环性能好的包覆石墨负极材料的制备方法。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于凭现有液相包覆方法的基础上，采用微波干燥的方式，将低沸点的有机溶剂快速、高效的去除，进而使得沥青可以均匀牢固的包覆于石墨表面。
7.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种锂离子电池用石墨负极材料的碳包覆制备方法，包括以下步骤，
8.(1)、将一定量的包覆沥青或酚醛树脂破碎磨粉后，溶解于有机溶剂中；
9.(2)、在搅拌条件下，将一定量的球形石墨颗粒加入到步骤(1)所制的溶液中，并采用超声处理形成均匀的悬浮液；
10.(3)、一定温度下，超声搅拌一定时间后，过滤去除物料中的大部分溶剂；
11.(4)、将步骤(3)所得物料放入微波干燥器，在一定的微波频率下，干燥一定时间；
12.(5)、在保护气氛下，高温碳化，制得碳包覆的石墨负极材料。
13.在上述方案中，步骤(1)中的有机溶剂为甲苯、环己烷、二甲苯和四氯化碳中的一种或几种。
14.在上述方案中，步骤(1)中的沥青为5-10g。
15.在上述方案中，步骤(2)中的球形石墨颗粒为100g。
16.在上述方案中，步骤(3)中的温度条件为45-50℃，搅拌时间为1-1.5h。
17.在上述方案中，步骤(4)中的微波频率为2450
±
10～5800
±
10hz，干燥时间为25-40min。
18.本发明，制备的负极材料在保证循环性能的基础上，提升了石墨负极材料的倍率性能，并能够提高首次放电容量。
具体实施方式
19.下面对本发明做出详细的说明。
20.本发明公开了一种锂离子电池用石墨负极材料的碳包覆制备方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。需要特别指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明，并且相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围的基础上对本文所述内容进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
21.在发明中，除非另有说明，否则本文中使用的科学和技术名词具有本领域技术人员所通常理解的含义。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
23.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
25.本发明提供的本发明提供的一种锂离子电池用石墨负极材料的碳包覆制备方法，复合材料的内核为球形石墨颗粒，外壳为碳包覆层，包括以下步骤，
26.(1)、将一定量的包覆沥青或酚醛树脂破碎磨粉后，溶解于有机溶剂中；
27.(2)、在搅拌条件下，将一定量的球形石墨颗粒加入到步骤(1)所制的溶液中，并采用超声处理形成均匀的悬浮液；
28.(3)、一定温度下，超声搅拌一定时间后，过滤去除物料中的大部分溶剂；
29.(4)、将步骤(3)所得物料放入微波干燥器，在一定的微波频率下，干燥一定时间；
30.(5)、在保护气氛下，高温碳化，制得碳包覆的石墨负极材料。
31.实施例一、
32.(1)、将10g沥青破碎磨粉后，溶解于甲苯溶液(也可以是环己烷、二甲苯和四氯化碳等可以溶解沥青的溶剂)中；
33.(2)、在搅拌条件下，将100g球形石墨颗粒加入到步骤(1)所制的溶液中，并采用超声处理形成均匀的悬浮液；
34.(3)、50℃条件下，超声搅拌1h后，过滤去除物料中的大部分溶剂；
35.(4)、将步骤(3)所得物料放入微波干燥器，在2450
±
10hz下，干燥40min；
36.(5)、在氩气保护气氛下，高温碳化，制得碳包覆的石墨负极材料。
[0037][0038][0039]
表1实施例一相关测试数据
[0040]
实施例二、
[0041]
(1)、将5g酚醛树脂破碎磨粉后，溶解于四氢呋喃(也可以是乙醇、丙酮、乙酸乙酯等可以溶解酚醛树脂的溶剂)中；
[0042]
(2)、在搅拌条件下，将100g球形石墨颗粒加入到步骤(1)所制的溶液中，并采用超声处理形成均匀的悬浮液；
[0043]
(3)、45℃条件下，超声搅拌1.5h后，过滤去除物料中的大部分溶剂；
[0044]
(4)、将步骤(3)所得物料放入微波干燥器，在5800
±
10hz频率下，干燥25min；
[0045]
(5)、在氮气保护气氛下，高温碳化，制得碳包覆的石墨负极材料。
[0046][0047][0048]
表2实施例二相关测试数据。
[0049]
实施例三、
[0050]
(1)、将8g酚醛树脂破碎磨粉后，溶解于四氢呋喃(也可以是乙醇、丙酮、乙酸乙酯等可以溶解酚醛树脂的溶剂)中；
[0051]
(2)、在搅拌条件下，将100g球形石墨颗粒加入到步骤(1)所制的溶液中，并采用超声处理形成均匀的悬浮液；
[0052]
(3)、47℃条件下，超声搅拌1.25h后，过滤去除物料中的大部分溶剂；
[0053]
(4)、将步骤(3)所得物料放入微波干燥器，在40000
±
10hz频率下，干燥30min；
[0054]
(5)、在氮气保护气氛下，高温碳化，制得碳包覆的石墨负极材料。
[0055][0056][0057]
表3实施例三相关测试数据。
[0058]
本发明，制备的负极材料在保证循环性能的基础上，提升了石墨负极材料的倍率性能，并能够提高首次放电容量。
[0059]
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种锂离子电池用石墨负极材料的碳包覆制备方法，其特征在于，包括以下步骤，(1)、将一定量的包覆沥青或酚醛树脂破碎磨粉后，溶解于有机溶剂中；(2)、在搅拌条件下，将一定量的球形石墨颗粒加入到步骤(1)所制的溶液中，并采用超声处理形成均匀的悬浮液；(3)、一定温度下，超声搅拌一定时间后，过滤去除物料中的大部分溶剂；(4)、将步骤(3)所得物料放入微波干燥器，在一定的微波频率下，干燥一定时间；(5)、在保护气氛下，高温碳化，制得碳包覆的石墨负极材料。2.如权利要求1所述的锂离子电池用石墨负极材料的碳包覆制备方法，其特征在于，步骤(1)中的有机溶剂为甲苯、环己烷、二甲苯和四氯化碳中的一种或几种。3.如权利要求1所述的锂离子电池用石墨负极材料的碳包覆制备方法，其特征在于，步骤(1)中的沥青为5-10g。4.如权利要求1所述的锂离子电池用石墨负极材料的碳包覆制备方法，其特征在于，步骤(2)中的球形石墨颗粒为100g。5.如权利要求1所述的锂离子电池用石墨负极材料的碳包覆制备方法，其特征在于，步骤(3)中的温度条件为45-50℃，搅拌时间为1-1.5h。6.如权利要求1所述的锂离子电池用石墨负极材料的碳包覆制备方法，其特征在于，步骤(4)中的微波频率为2450
±
10～5800
±
10hz，干燥时间为25-40min。

技术总结
本发明公开了一种锂离子电池用石墨负极材料的碳包覆制备方法，包括以下步骤，将一定量的包覆沥青或酚醛树脂破碎磨粉后，溶解于有机溶剂中；在搅拌条件下，将一定量的球形石墨颗粒加入到所制的溶液中，并采用超声处理形成均匀的悬浮液；一定温度下，超声搅拌一定时间后，过滤去除物料中的大部分溶剂；将所得物料放入微波干燥器，在一定的微波频率下，干燥一定时间；在保护气氛下，高温碳化，制得碳包覆的石墨负极材料。本发明，制备的负极材料在保证循环性能的基础上，提升了石墨负极材料的倍率性能，并能够提高首次放电容量。并能够提高首次放电容量。


技术研发人员：琚裕波 李智 李鑫 王志磊 陈诗瑶 李诗豪 赵康懿 袁秋华 韩艳辉 郭旭青
受保护的技术使用者：华阳纳谷（深圳）新材料科技有限公司
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/15