[发明专利]一种锂电池负极材料的生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料技术领域，特别是一种锂电池负极材料的生产工艺。

背景技术

负极材料作为锂电池四大组成材料之一，在提高锂电池的容量以及循环性能方面起到了非常重要的作用，是锂电池产业中游的核心环节。负极材料分类众多，其中石墨类碳材料一直处于负极材料的主流地位。石墨分为天然石墨与人造石墨，目前用于动力电池上占优势的为人造石墨。相对于天然石墨而言，人造石墨的层间距较大，石墨化度较低(≤93％)，结晶度较低，存在部分乱层结构。而且，人造石墨表面粗糙、多孔、比表面较大，对电解液中的溶剂比较敏感，因而人造石墨的首次效率和比容量(≤350mAh/g)都较低。为了获得性能优良的负极材料，需要对人造石墨进行表面的改性与修饰。现有技术中，有研究者采用沥青等包覆人造石墨并进行炭化，使得人造石墨的表面形成一层无定形的炭包覆层，该包覆层既可以阻止有机溶剂的共嵌入，又可以阻止石墨胀缩引起的表层脱落，使得人造石墨保持高容量、低电位及与溶剂相容的特性。但是，该现有技术存在如下缺陷：1、炭化过程易结块，导致炭化收率低、包覆层均匀性差；2、包覆后需要进行破碎，不符合节能减排的要求。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出一种锂电池负极材料的生产工艺。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种锂电池负极材料的生产工艺，包括如下生产步骤：

第一步，制备人造石墨：

除杂，对煤焦油进行净化使其喹啉不溶物含量＜0.05％，之后以此为原料制得煤沥青，将所制备的煤沥青催化改性并除去煤沥青中的硫、氮和喹啉不溶物后得到改性煤沥青；

制焦；

整形，将同性焦破碎、过筛后进行整形；

石墨化，将焦粉进行石墨化制得人造石墨；

第二步，对人造石墨进行表面改性：

第三步，预氧化：将第二步所得的产品升温至300-330℃，之后恒温保持120-200min；

第四步，炭化。

优选的，第一步中整形后得到长径比1-1.5的卵石状的焦粉。该形貌可以有效降低负极材料的比表面，提高负极材料的循环效率，而且包覆后无需破碎。

更为优选的，第三步中采用程序升温法进行升温，所述程序升温的具体步骤为：以1-2℃/min先升温至130℃，恒温保持30min；再以0.7-1.5℃/min升温至200℃，恒温保持60min；最后以0.5-1.3℃/min升温至300-330℃。

程序升温的第一步，以1-2℃/min先升温至130℃，恒温保持30min，这一阶段，逸出小分子，有助于提高预氧化收率；第二步，以0.7-1.5℃/min升温至200℃，恒温保持60min，此阶段包覆沥青大分子链内发生环化反应，开始初步形成网状梯形结构，构建稳定的热力学形态；第三步，以0.5-1.3℃/min升温至300-330℃，恒温保持120-200min，包覆沥青进行充分的环化和交联反应，形成稳定的网状梯形结构，维持沥青包覆形态。采用该程序升温方式进行预氧化处理，有助于包覆层的无定形炭大分子链转化为稳定结构，使其的热力学处于稳定状态，显著提高了后续的炭化收率，改善了产品的质量。

进一步优选的，第二步的具体操作为：称取一定量的人造石墨至搅拌包覆设备中，180-210℃下搅拌加热1.5-2h，之后称取一定量的改性煤沥青、加热至180-210℃用喷枪喷洒到正在搅拌的人造石墨上，喷洒完成后继续恒温搅拌1-2h完成包覆；所述人造石墨的称取量为所述改性煤沥青称取量的8.5-10倍。

进一步优选的，第一步中，改性煤沥青的软化点80-100℃，结焦值45-55％，喹啉不溶物含量＜0.01％；石墨化处理中，焦粉的石墨化度≥96％。上述改性煤沥青中硫、氮及喹啉不溶物等杂质含量极低，以此作为制备人造石墨的原料，有助于改善锂电池负极材料的各项性能。

更为优选的，

第一步中制焦的具体操作为：将改性煤沥青在510-550℃下焦化并于700-800℃下煅烧，得到同性焦；

第四步炭化的具体操作为：将第三步所得的产品在氮气保护下升温至800-1000℃，之后恒温保持120-200min。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、炭化之前采用程序升温方式进行预氧化处理，将包覆层的无定形炭大分子链转化为稳定结构，使其处于热力学稳定状态，极大地提高了后续的炭化收率，改善了产品的质量；