[发明专利]一种锂离子电池碳负极材料及其制备方法和系统

说明书

本发明涉及一种锂离子电池碳负极材料及其制备方法和系统，负极材料包括原生颗粒和二次颗粒，原生颗粒和二次颗粒的粒径范围均为20~40μm，原生颗粒为粗石墨颗粒，二次颗粒包括中石墨颗粒，中石墨颗粒的外部包覆一层小颗粒，中石墨颗粒与小颗粒通过粘结剂连接；中石墨颗粒的粒径范围为10~20μm，粗石墨颗粒的粒径范围为20~40μm，小颗粒的粒径范围为1~10μm，小颗粒为细石墨颗粒和导电剂，原生颗粒与二次颗粒的质量比为3：7~4：6。本发明可以实现负极材料在料浆中快速均匀分散，缩短搅拌时间，避免小颗粒团聚，提高生产效率，而且可以避免长时间搅拌对负极颗粒形态的破坏作用，有利于提高锂离子电池的质量。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池碳负极材料及其制备方法和系统，属于锂离子电池碳负极材料技术领域。

背景技术

目前应用最广泛的锂离子电池碳负极材料为碳负极材料，碳负极材料是符合一定粒度要求的石墨颗粒，负极材料的粒度分布会直接影响电池的制浆工艺以及体积能量密度。在相同的体积填充份数情况下，材料的粒径越大，粒度分布越宽，浆料的黏度就越小，这有利于提高固含量，减小涂布难度。另外，材料的粒度分布较宽时，体系中的小颗粒能够填充在大颗粒的空隙中，有助于增加极片的压实密度，提高电池的体积能量密度。材料粒度分布的特征参数主要有D50、D10、D90。根据GB/T 24533-2019，D10 μm ≥5.5 ； D50 μm 14.0±2.0 ；D90 μm ≤30.0 。由此，碳负极材料中必须包含大颗粒、中颗粒和小颗粒料。

在制备锂离子电池时，碳负极材料与导电剂、分散剂和粘结剂一起搅拌制得负极料浆，再将负极料浆对极片进行涂布。因极片涂布工艺引起的电池失效占全部原因引起的锂电池失效的比例超过10%。涂布时，料浆中若存在团聚体，容易引起负极表面粗糙，划痕。另外，负极中颗粒分布的均匀性对电池性能影响很大。在负极涂布工艺中，颗粒团聚问题一直是影响锂离子电池质量和生产效率的关键问题。导电剂的粒度较细，一般在1μm左右。另外，负极材料中也有一定比例的细颗粒，粒度在1~10微米。理想状态下，导电剂和这部分细颗粒在涂布以后，应当均匀分布在大颗粒堆积的间隙中，提高涂布密度，并起到导电作用。但颗粒越小，表面能越大，越容易形成团聚体。尤其是导电剂，在制备料浆时是集中加入，分散难度大。因此，在制备负极料浆时，为了保证负极材料在料浆中分散均匀，一般采用长时间搅拌，影响生产效率。而且长时间搅拌过程中的剪切作用容易破坏负极颗粒的原本结构，如破坏石墨颗粒表面包覆的无定形碳层，导致电化性能下降。搅拌好的负极料浆还必须过筛，滤去团聚形成的大颗粒。由于料浆粘度较大，过筛难度较大，也会影响生产效率。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种锂离子电池碳负极材料及其制备方法和系统，具体方案为：

一种锂离子电池碳负极材料，包括原生颗粒和二次颗粒，原生颗粒和二次颗粒的粒径范围均为20~40μm，原生颗粒为粗石墨颗粒，二次颗粒包括中石墨颗粒，中石墨颗粒的外部包覆一层小颗粒，中石墨颗粒与小颗粒通过粘结剂连接；中石墨颗粒的粒径范围为10~20μm，粗石墨颗粒的粒径范围为20~40μm，小颗粒的粒径范围为1~10μm，小颗粒为细石墨颗粒和导电剂，原生颗粒与二次颗粒的质量比为3：7~4：6。

进一步的，所述中石墨颗粒与小颗粒之间通过羧甲基纤维素钠连接。

本发明的一种锂离子电池碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将碳负极原料进行筛分，得到粗石墨颗粒、中石墨颗粒、细石墨颗粒，将羧甲基纤维素钠溶于去离子水，加入中石墨颗粒，搅拌分散，得到料浆；

2）细石墨颗粒与导电剂干法混合，得到小颗粒；

3）料浆进行喷雾，雾化状态下与小颗粒混合，再进行干燥，得到二次颗粒；

4）二次颗粒与粗石墨颗粒混合，得到碳负极材料。

进一步的，料浆中羧甲基纤维素钠的浓度为1g/L，料浆粘度为200~500mPas。