[发明专利]一种锂电池负极用沥青和锂电池负极及其制备方法和锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料领域，具体地，涉及一种锂电池负极用沥青和锂电池负极及其制备方法和锂电池。

背景技术

传统的锂电池电极材料有软碳、硬碳、天然石墨之分。不同类型的材料具有不同的锂离子储存、传送特点。天然石墨石墨化度高，锂离子储存量大，电池容量大，但嵌锂、脱锂速度慢，充放电速度慢；硬碳石墨化度低，锂离子传输途径短，传输速度快，但容量小。为了平衡充放电速度与电容量，需要改进电极材料。

CN103078088A公开了一种锂离子电池负极材料，由重量比为5～40：1：0.5的煤焦、沥青和碳纳米管制成。该材料是先将煤焦和沥青溶于有机溶剂后再在压力容器中进行液相脱水处理，然后通过包覆改性、低温固化、炭化以及高温石墨化处理；最后再加入碳纳米管进行超声波分散，将得到的粉体过筛后得到炭改性材料。该材料可以提高锂离子电池循环寿命和首次效率。

CN102800852A公开了一种动力锂离子电池负极材料制备方法，包括：(1)加料：以重量计，按主体材料：分散材料：粘结材料＝1：0.1～0.5：0.1～1的比例将主体材料、分散材料、粘结材料加入搅拌釜中搅拌，使原料固体颗粒之间混合充分均匀；所述主体材料为粒度中位径≤7μm的无定形碳粉；所述分散材料为粒度中位径为8μm～13μm的石墨粉；所述粘结材料为粒度中位径≤5μm、碳含量≥50％的沥青粉或树脂粉或其混合物；(2)升温：在加入原料的同时搅拌釜开始升温、搅拌，30～180min内升温至200～350℃，温度达到预定值后恒温，再搅拌60～360mn，控制物料粒度尺寸在1～10mm；(3)碳化：将步骤(2)所得物料置于碳化炉中，在防氧化保护条件下，600～1200℃保持3～8h；(4)冷却：将步骤(3)所得物料冷却至室温，然后进行破碎，收集粒度中位径9～17μm的物料；(5)表面修饰：将步骤(4)所得物料与粘结材料以重量计按1：0.02～0.1的比例投入搅拌釜中搅拌30～180min；(6)石墨化：将步骤(5)所得物料放入石墨化炉中升温至2600～3000℃保温4～48h。该方法制备的电极材料采用无定形碳粉、石墨粉、沥青粉或树脂粉的混合物。

CN102522532A一种新型锂离子电池负极材料，所述负极材料由天然石墨、石油焦炭和沥青复合而成，所述天然石墨、石油焦炭、沥青的重量份为：天然石墨35-55，石油焦炭25-45，沥青15-25。

现有技术通过复合多种材料的办法制备电极材料，但是存在工艺复杂，添加的物质种类多，不易控制、分散不均匀的缺陷，影响最终获得电极的性能。

发明内容

本发明的目的是为了改进制备锂电池负极材料的沥青选择，提高锂电池电极性能，提供了一种锂电池负极用沥青和锂电池负极及其制备方法和锂电池。

为了实现上述目的，本发明提供一种锂电池负极用沥青，其中，所述锂电池负极用沥青含有难石墨化组分和易石墨化组分，所述难石墨化组分与所述易石墨化组分的质量比为(20～80)：(80～20)。

本发明还提供一种制备本发明的锂电池负极用沥青的方法，该方法包括：

(1)选取沥青a，所述沥青a的分子量分布M_n/M_w为1.2以上，且所述沥青a的正庚烷可溶物HS含量为20～80重量％；

从所述沥青a以外的其他沥青中选取沥青b和沥青c，所述沥青b的软化点为60～90℃，且所述沥青b的甲苯可溶组分含量为40～90重量％；所述沥青c的软化点为130～180℃，且所述沥青c的甲苯可溶组分含量为30～80重量％；

(2)将至少一种所述沥青a作为电极原料-I，或者选取所述沥青a、沥青b和沥青c中的至少两种进行混合为电极原料-II；

(3)在惰性气氛下，将所述电极原料-I或所述电极原料-II进行聚合反应，得到锂电池负极用沥青。

本发明还提供一种锂电池负极，其中，所述锂电池负极含有硬碳结构和类石墨结构；所述锂电池负极经XRD测定并计算得到的d002数值为0.34～0.45nm；所述锂电池负极的10c充放电容量保持率为50％以上。

本发明还提供一种制备本发明的锂电池负极的方法，该方法包括：

(A)将本发明的锂电池负极用沥青，或本发明的方法制得的锂电池负极用沥青在200～280℃下进行稳定化处理2～10h；

(B)将步骤(A)得到的产物在600～1200℃下进行炭化处理0.5～2h。

本发明还提供一种锂电池，该锂电池包括本发明的锂电池负极或者本发明的方法制得的锂电池负极。