[发明专利]一种低成本人造石墨负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于新能源领域，涉及一种人造石墨负极材料的制备方法。

背景技术

随着电动汽车以及混合动力电动车的迅猛发展，作为车载动力的锂离子动力电池备受关注。目前，除了电池本身续航里程的限制外，高昂的电池价格在某种程度上来说也是电动汽车大规模使用需要突破的瓶颈。人造石墨负极材料因为价格便宜，放电平台较平稳，储锂容量高，使用寿命等优点，被广泛用作锂离子动力电池的负极材料。但是今年以来，针状焦价格从当初的4000-6000元/吨涨到目前25000-40000元/吨，随着针状焦价格的一路走高，人造石墨负极材料的价格也逐步趋高，价格的上涨给动力电池厂商带来了很大的压力，激烈的市场竞争，使得行业利润滑坡，电池企业要想在竞争中求生存与发展，这就要求其使用更加物美价廉的替代材料。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供一种低成本倍率型人造石墨负极材料，包括：电煅煤:石油焦:沥青，其重量比为 0-70：100-30：5-30。

本发明采用以上技术方案，其优点在于，本发明采用电煅无烟煤、石油焦、沥青为原材料制备人造石墨负极。采用该工艺制备方法有以下显著优点：煤基炭材料由于其原料来源丰富，成本低，其结构具有炭材料的类似结构而倍受关注，煤是重要的能源，因为含有丰富的含碳有机物质被称为“工业的粮食”。我国是一个缺油少气富煤的国家，煤炭探明和预测资源量约 5. 52×10¹²t。煤是以芳环、脂环、杂环为基本结构单元，并带有各种侧链( 如甲基、酚烃基、羧基) 和活性官能团的缩合芳香体系，富含大稠环有机化合物，含碳量高。长烟煤含碳量超过 80% ，无烟煤含碳量高达 90% 以上，经过高热裂解，几乎变为全碳物质。根据其成分、结构特点，煤不仅是一种储量丰富且价格低廉的工业原料，也可能成为生产先进炭素材料的重要碳源，石墨化处理的无烟煤具有巨大的成本优势，必将使锂离子电池的成本大幅下降。

相应的，本发明还提供一种制备低成本人造石墨负极材料的方法，包括以下几个步骤：

步骤（1）人造石墨负极材料半成品的制备：粉碎电煅煤、石油焦、沥青；将电煅煤、石油焦、沥青以及辅料按照比例混合均匀；将混合均匀的物料装炉、造粒，得到人造石墨负极材料半成品；

步骤（2）人造石墨负极材料成品的制备：将造粒处理的物料进行石墨化处理,石墨化温度大于等于2800℃，石墨化时间大于等于8h；将石墨化处理的物料经分级、除磁、包装等后续处理工序得到所需的人造石墨负极材料成品。

本发明采用以上技术方案，其优点在于，电煅煤经过石墨化以后常常用来制作高炉碳砖，强度很高。在传统工艺中针状焦，石油焦常常被用来制备人造石墨负极材料，因为他们在高温过程中较容易形成石墨化，制备的人造石墨容量较高。本发明采用易石墨化的电煅无烟煤来制备高性能人造石墨其优点在于，电煅无烟煤同针状焦和石油焦而言，一次颗粒可以粉碎的很细，保证了石墨化后产品的倍率性能，在材料制备过程中添加了一定的细颗粒的石油焦，这些混捏在一起制备成二次颗粒的石油焦在石墨化过程中起到了形核质点的作用，促进了电煅无烟的石墨化，高温沥青在本发明中作粘结剂，因为无烟煤和石油焦的粒径较小，制备二次颗粒时所需沥青量较大，本发明中在制备工艺中对高温沥青有一变质处理过程，促使沥青大量转变成中间相沥青，在起到粘结剂的同时，也能够大量的转化易石墨化区，同时在制备过程中添加了适量的催化剂，使得电煅无烟煤能够很好的石墨化。优选的，所述步骤（1）中的电煅煤、石油焦、沥青经过粉碎处理后的粒径采用3-8微米。

优选的，所述步骤（1）中的辅料采用催化剂，催化剂采用氧化铁，氧化硅，碳化硅的一种或几种，催化剂的平均粒径小于3微米，用量为0-10%。

优选的，所述步骤（1）中的沥青采用中温改性沥青或高温沥青，沥青采用煤沥青或石油沥青。

优选的，所述步骤（1）中，人造石墨负极材料半成品的造粒温度区间150-700℃，造粒时间8-12小时。

优选的，所述步骤（2）中，将造粒后的物料进行高温石墨化处理以及后续的分级、除磁、包装等工序得到所需的人造石墨负极材料成品。

本发明采用电煅无烟煤、石油焦、沥青为原材料，通过合理的成分设计，采用粉碎、造粒、石墨化等工艺制备低成本人造石墨负极材料。所得人造石墨负极材料，比表面积小于3.4 m²/g，容量大于350mAh/g，首次效率高达92%。与传统制备方法相比，原材料来源更广泛，成本更低，使用寿命更好。