[发明专利]碳负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锂离子电池制备领域，具体涉及一种碳负极材料及其制备方法和应用。本发明提供的碳负极材料的制备方法包括：(1)将D50为5‑15μm的煤液化沥青基针状焦与沥青进行混合，并将得到的混合物进行包覆处理，得到包覆产物；(2)将所述包覆产物进行焦化处理，得到焦化产物；(3)将所述焦化产物进行石墨化处理，得到碳负极材料；其中，步骤(1)‑(3)各自独立地在惰性气体气氛中进行。该方法制得的碳负极具有较高的电化学性能；同时，将本发明提供的碳负极材料用于锂离子电池，有效提高锂离子电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池制备领域，具体涉及一种碳负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池以其优秀的性能成为二次电池的主流发展方向。特别是几年电动汽车的迅速发展，驱动了对锂离子电池及负极材料的强劲需求。负极材料对锂离子电池的安全性、循环使用寿命和能量密度有重要影响。目前，商品化的锂离子电池负极材料要有：碳基——石墨；非碳基——硅基(与石墨搭配用)。其中人造石墨以成本低、容量高、石墨化成度高、导电率高、灰份少的特点，占据负极材料68％的份额。未来随着产业发展，市场规模还将大幅扩大。随着市场对动力电池能量密度、安全性、倍率性、寿命等要求的提升，未来对负极材料的走向，也提出了更高的要求。

自2014年开始，中国锂电负极材料开始批量使用针状焦产品作为负极材料原料，随后在整个负极材料市场发展的带动下，针状焦的应用量呈现逐年增长的态势，预计近几年内国内负极材料对于针状焦的需求仍将呈现上升趋势。

目前负极材料用的针状焦主要是煤系或石油系针状焦，如CN110718690A公开一种基于针状焦生焦和煅后焦的电池负极材料的制备方法，该方法包括：通过经破碎得到不同中位径的挥发分含量为10-30％的针状焦生焦颗粒和生焦相同中位径的针状焦煅后焦颗粒，根据针状焦生焦挥发份含量的不同决定两种焦的混合比例，然后经过高温炭化、石墨化，筛分后得到所需中位径的锂离子电池负极材料；CN108328613A公开一种利用针状焦生产石墨负极材料的方法及负极材料的方法，该方法包括：将针状焦粉碎、球化、筛分、配料、包覆、石墨化、筛分得到产品，其中，在配料步骤中针状焦的粒径范围及重量份数如下：10-15μm为10-15份；15-25μm为50-55份；25-30μm为20-35份。但目前还尚未文献报道利用煤液化沥青基针状焦制备锂离子电池用负极材料的方法。

因此，亟需一种基于煤液化沥青基针状焦制备碳负极材料的方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术碳负极材料在制备过程中存在工艺条件复杂、有机溶剂污染回收、针状焦种类单一，以及制得的碳负极材料电化学性能低等问题，提供一种碳负极材料及其制备方法和应用，该碳负极材料具有较高的电化学性能，同时，该方法采用沥青包覆煤液化沥青基针状焦，拓宽了煤液化油渣的应用领域。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种碳负极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将D50为5-15μm的煤液化沥青基针状焦与沥青进行混合，并将得到的混合物进行包覆处理，得到包覆产物；

(2)将所述包覆产物进行焦化处理，得到焦化产物；

(3)将所述焦化产物进行石墨化处理，得到碳负极材料；

其中，步骤(1)-(3)各自独立地在惰性气体气氛中进行。

本发明第二方面提供一种第一方面提供的方法制得的碳负极材料。

本发明第三方面提供一种第二方面提供的碳负极材料在锂离子电池中的应用。

相比现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明提供的碳负极材料的制备方法，该方法采用沥青包覆煤液化沥青基针状焦，尤其采用煤液化沥青包覆煤液化沥青基针状焦，并结合焦化处理和石墨化处理，得到了具有较高电化学性能的碳负极材料；