[发明专利]一种利用C/C复合材料颗粒制备锂离子负极材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于新型石墨材料技术领域，具体涉及一种利用C/C复合材料颗粒制备锂离子负极材料的方法。

背景技术

随着炭素材料应用领域不断拓宽，炭素行业迎来全面快速的发展。C/C复合材料是一种碳纤维增强碳基体复合材料，其作为具有抗拉、抗压性能强、抗热震性能优良、耐烧蚀性强等特性的炭素材料，其被应用于半导体、光伏太阳能、太阳能热发电、电火花及模具加工、核能、冶金、航天等众多领域。伴随着科学技术的高速发展，各个领域对C/C复合材料的性能提出了更高的要求。作为锂离子电池的负极材料就是一种对炭材料性能有着高度要的求材料，例如，它如对炭材料重量、体积比容量及优良的循环性能，以及对电导性的良兼容性等都有绝对高的要求。长期以来，国内外对许多材料进行了研究和探索，锂离子电池负极材料以炭材料为主，主要有人造石墨和天然石墨两种。一般制备方法是两者进行搭配混合使用，普通人造石墨存在比表面积高、振实密度低、颗粒形态差、放电容量低等缺点不适合直接作为制备负极材料的条件，如果须要使用此类人造石墨就必须再进行改制，石墨结构稳定性的提高不能得到保证，也增大了生产成本。天然石墨同样存在振实密度低，比表面积高的特点，作为制备负极材料的原料还是不太理想。它们共同缺点无法得到好的解决，导致材料加工性能差，制备出的负极材料性能较差。炭素材料能够成功地用作锂离子电池负极材料，而毫无疑问C/C复合材料作为炭素行业的石墨材料，就完全具备成为制备锂离电池负极材料的原料的潜能。

发明内容

为适应锂离子负极材料领域的实际需求，本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为提供一种利用C/C复合材料颗粒制备锂离子负极材料的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种利用C/C复合材料颗粒制备锂离子负极材料的方法，包括以下步骤：

S1、选料配料：选用为体积密度为1.55~1.75g/cm³、拉伸强度4.0~7.0kgf/mm²、拉伸弹性模量1500~1900kgf/mm²、压缩强度为3.5~5.0kgf/mm²、压缩弹性模量1400~1800kgf/mm²、层间剪切强度0.82~1.17kgf/mm²的C/C复合材料，并将所述C/C复合材料进行碾磨分级后，留下粒度D₅₀为10~30μm的C/C复合材料颗粒作为原料；选用软化点为83~90℃，结焦值为≥48%，灰分≤0.20%，喹啉不溶物≤0.20%的中温煤沥青为包覆料；所述包覆料中温煤沥青与原料C/C复合材料颗粒的质量比为：20:80~28:72；

S2、包覆：将配料完成的C/C复合材料颗粒和包覆料中文沥青置于浸渍罐中，在280~650℃的温度和7~12KPa的压力下进行浸渍8~15h，获得混合材料；

S3、焙烧：将包覆完成的混合材料置于焙烧炉中进行焙烧炭化，焙烧的升温曲线为：在120~320℃时，升温速率为2.5℃/h，升温时间为80h；在320~520℃时，升温速率为3.5℃/h，升温时间为57h；在520~820℃时，升温速率为4℃/h，升温时间为75h；在820~1100℃时，升温速率为3℃/h，升温时间为93h，停止焙烧后保持24h后，自然降温至室温出炉；

S4、石墨化：将焙烧炭化后的混合材料置于石墨化炉中进行石墨化提纯，时间为450~500小时，石墨化的最高温度为2850~3100℃，得到所述的锂离子负极材料。

所述锂离子负极材料的粒度D₅₀为10~25μm，真密度≥2.18g/cm³，灰分≤0.15%，振实密度≥1.20g/cm³，比表面积≤0.6m²/g，首次放电容量310~370mAh/g，首次放电效率≥93% 。

所述步骤S1中，选用的C/C复合材料颗粒的体积密度为1.60~1.75g/cm³、拉伸强度4.0~7.0kgf/mm²、拉伸弹性模量1600~1800kgf/mm²、压缩强度4.0~5.0kgf/mm²、压缩弹性模量1500~1700kgf/mm²、层间剪切强度0.85~1.15kgf/mm²。

所述步骤S1中，留下作为原料的C/C复合材料颗粒的粒度D₅₀为11~29μm。