一种锂离子电池用人造石墨负极材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及负极材料领域，尤其涉及一种锂离子电池用人造石墨负极材料及其制备方法。


背景技术：

2.锂离子电池包含两个电极(正极、负极)，每个电极中都有一层活性物质以及能够与外部电路连接的集流器，在电池充放电过程中，通过一定量的电解液，电荷会以离子状态进行传输，传输的过程便是电池内部的氧化还原反应，在锂电池的中间还有一层隔板，这层隔板对两个电极有着绝缘的作用，用于电荷离子的通过并组织电子的内部转移。锂电池工作时主要的移动离子是阳离子，电池充电时，正极的锂原子电离为带正电荷的锂离子和电子。带正电的锂离子从正极出发，穿过薄膜后到达负极，并在负极与电子合成锂原子。电池放电时则完全相反，锂离子从负极材料表面电离为锂离子和电子，其中带正电荷的锂离子从负极出发，穿过薄膜后到达正极，并与电子合成锂原子。锂离子电池能否成功地制成，关键在于能否制备出可逆地脱/嵌锂离子的负极材料，负极材料主要分为碳材料与非碳材料两类。碳类是指碳基体系，主要包括中间相碳微球、人造石墨、天然石墨和硬碳。目前市场化应用程度最高的为碳材料中的石墨类负极材料，其中人造石墨、天然石墨有较大规模的产业化应用。
3.现有的人造石墨负极材料的热稳定性能差，因此我们提出了一种锂离子电池用人造石墨负极材料及其制备方法，用来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有技术中存在人造石墨负极材料的热稳定性能差的缺点，而提出的一种锂离子电池用人造石墨负极材料及其制备方法。
5.本发明提出的一种锂离子电池用人造石墨负极材料，包括以下重量份的原料：人造石墨粉30-40份、粘结剂1-5份、碳纤维5-10份、炭黑5-10份、羧甲基纤维素钠1-5份、甘油磷酸钙0.5-1份、氧化锌0.5-1份、二盐基邻苯二甲酸铅0.5-1份、硬脂酸钙0.5-1份、聚烯二醇二月桂酸酯0.5-1份、四溴邻苯二甲酸酐1-5份、n-苯基马来酰亚胺0.5-1份、硬脂酸镁0.5-1份。
6.优选的，包括以下重量份的原料：人造石墨粉31-39份、粘结剂2-4份、碳纤维6-9份、炭黑6-9份、羧甲基纤维素钠2-4份、甘油磷酸钙0.6-0.9份、氧化锌0.6-0.9份、二盐基邻苯二甲酸铅0.6-0.9份、硬脂酸钙0.6-0.9份、聚烯二醇二月桂酸酯0.6-0.9份、四溴邻苯二甲酸酐2-4份、n-苯基马来酰亚胺0.6-0.9份、硬脂酸镁0.6-0.9份。
7.优选的，包括以下重量份的原料：人造石墨粉35份、粘结剂3份、碳纤维7份、炭黑7份、羧甲基纤维素钠3份、甘油磷酸钙0.8份、氧化锌0.8份、二盐基邻苯二甲酸铅0.8份、硬脂酸钙0.8份、聚烯二醇二月桂酸酯0.8份、四溴邻苯二甲酸酐3份、n-苯基马来酰亚胺0.7份、硬脂酸镁0.7份。
8.优选的，所述人造石墨粉由原料沥青经预处理，球磨，石墨化，二次球磨，筛分，检验制得。
9.本发明还提出了一种锂离子电池用人造石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：
10.s1、对人造石墨粉、粘结剂、碳纤维、炭黑、羧甲基纤维素钠进行混合，制得第一混合料；
11.s2、向第一混合料中加入甘油磷酸钙、氧化锌、二盐基邻苯二甲酸铅、硬脂酸钙、聚烯二醇二月桂酸酯搅拌均匀，制得第二混合料；
12.s3、向第二混合料中加入四溴邻苯二甲酸酐、n-苯基马来酰亚胺、硬脂酸镁搅拌混合，制得第三混合料；
13.s4、第三混合料经干燥，粉碎，研磨，筛分，得到锂离子电池用人造石墨负极材料。
14.优选的，所述s1中，对人造石墨粉、粘结剂、碳纤维、炭黑、羧甲基纤维素钠进行混合，混合时间为20-30min，混合速度为200-300r/min，制得第一混合料。
15.优选的，所述s2中，向第一混合料中加入甘油磷酸钙、氧化锌、二盐基邻苯二甲酸铅、硬脂酸钙、聚烯二醇二月桂酸酯搅拌均匀，混合时间为15-20min，混合速度为200-300r/min，制得第二混合料。
16.优选的，所述s3中，向第二混合料中加入四溴邻苯二甲酸酐、n-苯基马来酰亚胺、硬脂酸镁搅拌混合，混合时间为20-25min，混合速度为200-300r/min，制得第三混合料。
17.本发明的有益效果是：
18.甘油磷酸钙、氧化锌具有热稳定性，加入到材料中，提高材料的热稳定性能，二盐基邻苯二甲酸铅、硬脂酸钙、聚烯二醇二月桂酸酯均具备稳定性能，配合甘油磷酸钙、氧化锌使用，能够进一步提高材料的热稳定性能；
19.四溴邻苯二甲酸酐、n-苯基马来酰亚胺、硬脂酸镁具有耐热性，通过提高材料的耐热性，使材料的热稳定性能更优；
20.本发明具有较好的热稳定性能，制备方法简单。
具体实施方式
21.下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
22.实施例一
23.本发明提出了一种锂离子电池用人造石墨负极材料，包括以下重量份的原料：人造石墨粉30份、粘结剂1份、碳纤维5份、炭黑5份、羧甲基纤维素钠1份、甘油磷酸钙0.5份、氧化锌0.5份、二盐基邻苯二甲酸铅0.5份、硬脂酸钙0.5份、聚烯二醇二月桂酸酯0.5份、四溴邻苯二甲酸酐1份、n-苯基马来酰亚胺0.5份、硬脂酸镁0.5份；
24.其制备方法包括以下步骤：
25.s1、对人造石墨粉、粘结剂、碳纤维、炭黑、羧甲基纤维素钠进行混合，混合时间为20min，混合速度为200r/min，制得第一混合料；
26.s2、向第一混合料中加入甘油磷酸钙、氧化锌、二盐基邻苯二甲酸铅、硬脂酸钙、聚烯二醇二月桂酸酯搅拌均匀，混合时间为15min，混合速度为200r/min，制得第二混合料；
27.s3、向第二混合料中加入四溴邻苯二甲酸酐、n-苯基马来酰亚胺、硬脂酸镁搅拌混
合，混合时间为20min，混合速度为200r/min，制得第三混合料；
28.s4、第三混合料经干燥，粉碎，研磨，筛分，得到锂离子电池用人造石墨负极材料。
29.实施例二
30.本发明提出了一种锂离子电池用人造石墨负极材料，包括以下重量份的原料：人造石墨粉32份、粘结剂2份、碳纤维6份、炭黑6份、羧甲基纤维素钠2份、甘油磷酸钙0.6份、氧化锌0.6份、二盐基邻苯二甲酸铅0.6份、硬脂酸钙0.6份、聚烯二醇二月桂酸酯0.6份、四溴邻苯二甲酸酐2份、n-苯基马来酰亚胺0.6份、硬脂酸镁0.6份；
31.其制备方法包括以下步骤：
32.s1、对人造石墨粉、粘结剂、碳纤维、炭黑、羧甲基纤维素钠进行混合，混合时间为22min，混合速度为220r/min，制得第一混合料；
33.s2、向第一混合料中加入甘油磷酸钙、氧化锌、二盐基邻苯二甲酸铅、硬脂酸钙、聚烯二醇二月桂酸酯搅拌均匀，混合时间为16min，混合速度为220r/min，制得第二混合料；
34.s3、向第二混合料中加入四溴邻苯二甲酸酐、n-苯基马来酰亚胺、硬脂酸镁搅拌混合，混合时间为21min，混合速度为220r/min，制得第三混合料；
35.s4、第三混合料经干燥，粉碎，研磨，筛分，得到锂离子电池用人造石墨负极材料。
36.实施例三
37.本发明提出了一种锂离子电池用人造石墨负极材料，包括以下重量份的原料：人造石墨粉34份、粘结剂3份、碳纤维7份、炭黑7份、羧甲基纤维素钠3份、甘油磷酸钙0.7份、氧化锌0.7份、二盐基邻苯二甲酸铅0.7份、硬脂酸钙0.7份、聚烯二醇二月桂酸酯0.7份、四溴邻苯二甲酸酐3份、n-苯基马来酰亚胺0.7份、硬脂酸镁0.7份；
38.其制备方法包括以下步骤：
39.s1、对人造石墨粉、粘结剂、碳纤维、炭黑、羧甲基纤维素钠进行混合，混合时间为24min，混合速度为240r/min，制得第一混合料；
40.s2、向第一混合料中加入甘油磷酸钙、氧化锌、二盐基邻苯二甲酸铅、硬脂酸钙、聚烯二醇二月桂酸酯搅拌均匀，混合时间为17min，混合速度为240r/min，制得第二混合料；
41.s3、向第二混合料中加入四溴邻苯二甲酸酐、n-苯基马来酰亚胺、硬脂酸镁搅拌混合，混合时间为23min，混合速度为240r/min，制得第三混合料；
42.s4、第三混合料经干燥，粉碎，研磨，筛分，得到锂离子电池用人造石墨负极材料。
43.实施例四
44.本发明提出了一种锂离子电池用人造石墨负极材料，包括以下重量份的原料：人造石墨粉38份、粘结剂4份、碳纤维9份、炭黑9份、羧甲基纤维素钠4份、甘油磷酸钙0.9份、氧化锌0.9份、二盐基邻苯二甲酸铅0.9份、硬脂酸钙0.9份、聚烯二醇二月桂酸酯0.9份、四溴邻苯二甲酸酐4份、n-苯基马来酰亚胺0.9份、硬脂酸镁0.9份；
45.其制备方法包括以下步骤：
46.s1、对人造石墨粉、粘结剂、碳纤维、炭黑、羧甲基纤维素钠进行混合，混合时间为28min，混合速度为280r/min，制得第一混合料；
47.s2、向第一混合料中加入甘油磷酸钙、氧化锌、二盐基邻苯二甲酸铅、硬脂酸钙、聚烯二醇二月桂酸酯搅拌均匀，混合时间为18min，混合速度为280r/min，制得第二混合料；
48.s3、向第二混合料中加入四溴邻苯二甲酸酐、n-苯基马来酰亚胺、硬脂酸镁搅拌混
合，混合时间为24min，混合速度为280r/min，制得第三混合料；
49.s4、第三混合料经干燥，粉碎，研磨，筛分，得到锂离子电池用人造石墨负极材料。
50.实施例五
51.本发明提出了一种锂离子电池用人造石墨负极材料，包括以下重量份的原料：人造石墨粉40份、粘结剂5份、碳纤维10份、炭黑10份、羧甲基纤维素钠5份、甘油磷酸钙1份、氧化锌1份、二盐基邻苯二甲酸铅1份、硬脂酸钙1份、聚烯二醇二月桂酸酯1份、四溴邻苯二甲酸酐5份、n-苯基马来酰亚胺1份、硬脂酸镁1份；
52.其制备方法包括以下步骤：
53.s1、对人造石墨粉、粘结剂、碳纤维、炭黑、羧甲基纤维素钠进行混合，混合时间为30min，混合速度为300r/min，制得第一混合料；
54.s2、向第一混合料中加入甘油磷酸钙、氧化锌、二盐基邻苯二甲酸铅、硬脂酸钙、聚烯二醇二月桂酸酯搅拌均匀，混合时间为20min，混合速度为300r/min，制得第二混合料；
55.s3、向第二混合料中加入四溴邻苯二甲酸酐、n-苯基马来酰亚胺、硬脂酸镁搅拌混合，混合时间为25min，混合速度为300r/min，制得第三混合料；
56.s4、第三混合料经干燥，粉碎，研磨，筛分，得到锂离子电池用人造石墨负极材料。
57.通过实施例一至五制得的人造石墨负极材料对比常规的人造石墨，热稳定性能提高百分比具体如下表：
[0058][0059]
通过gb/t24533-2019提供的方法对实施例一制得的人造石墨负极材料进行测试，测试结果如下表：
[0060][0061]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。