一种人造石墨-硬碳负极材料的制备方法和材料及应用与流程

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种人造石墨-硬碳复合负极材料的制备方法和材料及应用，适用于提升电池的低温放电性能，简化制备工艺。

背景技术

锂离子电池是当今国际公认的理想化学能源，具有体积小、容量大、电压高等优点，被广泛用于移动电话、手提电脑、数码相机等便携式电子产品，同时日益扩大的电动汽车领域将给锂离子电池带来更大的发展空间。锂离子电池负极材料是锂离子电池的重要组成部分，负极材料的组成和结构对锂离子电池的电化学性能具有决定性的影响。目前，锂离子电池所采用的负极材料一般为碳素材料，如石墨、软碳（焦炭等）、硬碳等，其中，硬碳负极材料多采用在石墨负极表面包覆一层硬碳或在硬碳材料的表面包覆石墨，如中国专利：申请公布号cn107026262a、申请公布日2017年8月8日的发明专利公开的一种表面石墨烯包覆的高容量球形硬碳负极材料。其制备方法包括以球形硬碳为原料制备氧化石墨包覆体、将包覆有氧化石墨的球形硬碳粉体在惰性气氛保护下、以700～1200℃碳化热还原处理1～6小时后降至室温的步骤。该制备工艺存在工艺流程长、参数不好控制、容易造成不同批次产品的材料性能有差异，且成品率很难控制、成本高的问题。

技术实现要素：

为克服现有技术存在的工艺复杂、成本高的问题，本发明提供了一种工艺简单、成本低的人造石墨-硬碳复合负极材料的制备方法和材料及应用。

为实现以上目的，本发明的技术方案如下：

一种人造石墨-硬碳复合负极材料的制备方法，具体为：先将粘结剂溶于溶剂中，再加入人造石墨混匀，然后加入球形硬碳材料、导电剂混匀即可，其中，所述球形硬碳材料由热解树脂制备得到，且球形硬碳材料在负极材料中的质量百分数含量为2%～60%。

所述人造石墨通过人工焦化生产得到。

所述粘结剂为la132，其在负极材料中的质量百分数含量为2%～5%，所述导电剂为super-p石墨，其在负极材料中的质量百分数含量为0.5%～3%。

一种人造石墨-硬碳复合负极材料，所述材料采用所述制备方法制备得到。

所述人造石墨与球形硬碳材料的质量比为3:7。

一种人造石墨-硬碳复合负极材料的应用，所述材料用于磷酸铁锂电池和三元电池。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种人造石墨-硬碳复合负极材料的制备方法以球形硬碳材料和人造石墨为原料，并将球形硬碳材料在负极材料中的质量百分数含量控制在2%～60%，仅通过将各原料按先后顺序依次混匀即可制备得到负极材料，一方面，本设计将硬碳材料在负极材料中的比例控制在合适的范围内，不仅能够实现复合负极材料的容量发挥和低温特性的有效平衡并优化电池的综合性能，在大幅提升电池低温放电性能的同时将对电池容量发挥的影响降到最低，而且可提升电池的倍率性能，另一方面，本设计的工艺流程简单，易于实施和应用，且工艺成本低。因此，本发明不仅提升了电池的低温放电性能以及倍率性能，而且工艺简单、成本低。

2、本发明一种人造石墨-硬碳复合负极材料的制备方法中球形硬碳材料由热解树脂制备得到，该设计使得球形硬碳材料具有各向同性的特点，便于锂离子从各方向嵌入和脱出，从而提升电池的倍率性能。因此，本发明进一步提升了电池的倍率性能。

附图说明

图1为本发明材料的tem显微图。

图2为实施例1的低温放电性能检测图。

图3为本发明实施例1的倍率性能检测图。

图4为本发明实施例3的低温放电性能检测图。

图5为本发明实施例3的倍率性能检测图。

图6为本发明实施例5的电池放电容量对比图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种人造石墨-硬碳复合负极材料的制备方法，具体为：先将粘结剂溶于溶剂中，再加入人造石墨混匀，然后加入球形硬碳材料、导电剂混匀即可，其中，所述球形硬碳材料由热解树脂制备得到，且球形硬碳材料在负极材料中的质量百分数含量为2%～60%。

所述人造石墨通过人工焦化生产得到。

所述粘结剂为la132，其在负极材料中的质量百分数含量为2%～5%，所述导电剂为super-p石墨，其在负极材料中的质量百分数含量为0.5%～3%。

一种人造石墨-硬碳复合负极材料，所述材料采用所述制备方法制备得到。

所述人造石墨与球形硬碳材料的质量比为3:7。

一种人造石墨-硬碳复合负极材料的应用，所述材料用于磷酸铁锂电池和三元电池。

本发明的原理说明如下：

人造石墨：本发明采用的是人工焦化生产得到的人造石墨，该石墨具有石墨化程度高、容量保持稳定、工艺流程简单且性价比较高的特点。

热解树脂：本发明所述热解树脂是指难以石墨化的树脂，如酚醛树脂等。

粘结剂：由于硬碳材料的比表面积较大，为改善负极材料的加工性能，本发明将粘结剂的百分数含量控制在2%～5%。

实施例1：

一种ncm三元电池，其负极材料为人造石墨-硬碳复合材料，该复合材料以人造石墨、球形硬碳材料、粘结剂、导电剂为原料，通过以下方法制备得到：

先将粘结剂溶于溶剂中，再加入人造石墨混匀，然后加入球形硬碳材料、导电剂混匀即可，其中，所述球形硬碳材料由热解树脂制备得到，且球形硬碳材料在负极材料中的质量百分数含量为30%，所述人造石墨通过人工焦化生产得到，所述粘结剂为la132，其在负极材料中的质量百分数含量为3%，所述导电剂为super-p石墨，其在负极材料中的质量百分数含量为2%。

实施例2：

与实施例1的不同之处在于：

所述球形硬碳材料在负极材料中的质量百分数含量为60%，所述粘结剂在负极材料中的质量百分数含量为2%。

实施例3：

一种磷酸铁锂电池，其负极材料为人造石墨-硬碳复合材料，该复合材料以人造石墨、球形硬碳材料、粘结剂、导电剂为原料，通过以下方法制备得到：

先将粘结剂溶于溶剂中，再加入人造石墨混匀，然后加入球形硬碳材料、导电剂混匀即可，其中，所述球形硬碳材料由热解树脂制备得到，且球形硬碳材料在负极材料中的质量百分数含量为50%，所述人造石墨通过人工焦化生产得到，所述粘结剂为在负极材料中的质量百分数含量为5%，所述导电剂在负极材料中的质量百分数含量为1%。

实施例4：

与实施例3的不同之处在于：

所述球形硬碳材料在负极材料中的质量百分数含量为2%，所述粘结剂在负极材料中的质量百分数含量为4%。

实施例5：

与实施例1的不同之处在于：

所述人造石墨与球形硬碳材料的质量比为3:7。

为考察本发明材料的内部形貌及其对电池性能的影响，进行如下测试：

1、内部形貌检测

对采用上述实施例材料制得的复合极片进行了tem检测，结果参见图1，图中不规则片状的材料为人造石墨，颗粒球状材料为硬碳，两者呈混合状，相互独立，并非常见的石墨包覆硬碳或硬碳包覆石墨结构。

2、低温放电及倍率性能检测

对实施例1、实施例3制备得到的电池进行低温放电及倍率性能检测，结果参见图2～图5。

图2、图4所示的充放电性能测试结果表明，电池在-20℃和-30℃条件下的低温放电容量保持率都得到大幅提升；

图3、图5所示的倍率性能测试结果表明，采用本发明所述方案后电池的倍率性能有所提高。

3、放电容量检测

对实施例5制备得到的电池进行放电容量检测，结果（参见图6）显示：

与传统石墨负极的电池（cag-3，杉杉科技）相比，采用本发明材料的电池放电容量保持率提升了12.3%。