專利名稱：一種鋰離子電池碳負(fù)極材料包覆層的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬鋰離子動(dòng)力電池負(fù)極材料的制備技術(shù)范圍，尤其是一種采用噴霧干燥造粒的方法來制備鋰離子電池碳負(fù)極材料包覆層。
背景技術(shù)：
負(fù)極活性材料是決定鋰離子電池性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素，作為鋰離子電池的負(fù)極活性材料，必須滿足高的重量比容量及體積比容量，高的鋰離子嵌/脫速率，良好的循環(huán)性能，對電解質(zhì)液有好的兼容性因而首次循環(huán)效率高，高低溫性能優(yōu)良，成本低且對環(huán)境友好。當(dāng)前，鋰離子電池的負(fù)極活性材料主流為石墨化碳素材料，如人造石墨及天然石墨。在制備人造石墨粉體時(shí)，由于塊狀石墨在粉碎過程中顆粒度的變小，碳內(nèi)部氣孔的外露，缺陷及裂縫的產(chǎn)生，使比表面積大大增加，不但首次循環(huán)效率不高降低了電池的容量，而且裂縫引起的溶劑分子插入石墨層間，引起層剝落使負(fù)極材料循環(huán)變差。塊狀石墨在機(jī)械破碎的過程中，經(jīng)受了沖擊、碰撞、剪切及摩擦，斷裂或解理，使石墨粉外形呈不規(guī)則， 顆粒呈尖棱條、彎曲、平板，粉體松裝及振實(shí)密度不高。天然石墨作為負(fù)極材料通常采用鱗片天然石墨經(jīng)球化處理，球化處理降低了材料的比表面積，但仍無法得到良好的循環(huán)，因?yàn)槿軇┗肿硬迦膑[片石墨層間，引起碳層剝落的問題仍存在。采用軟碳及硬碳對石墨微粉 (球)表面進(jìn)行包覆形成核殼(核為石墨微粉，殼為包覆碳層)結(jié)構(gòu)可有效圓滑粉體表面， 填充氣孔，掩蓋修復(fù)缺陷，對后續(xù)的電池極片制漿工藝帶來方便，可有效提高極片壓實(shí)密度，對電解質(zhì)液的兼容性也得到改善。對石墨微粉表面進(jìn)行包覆，比較多的方法是利用石油浙青、煤浙青、焦油、樹酯如酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、糠醛樹脂等聚合物材料，經(jīng)與石墨粉混合調(diào)勻-壓制-燒結(jié)-破碎-分級(jí)處理得到最終粉料。以上一些方法中需用到可燃溶劑，存在安全、成本及環(huán)境問題。如專利號(hào)為02125715.9的中國專利《炭包覆石墨微粉的制備方法》，采用噴霧造粒的方法制備包覆石墨微粉，先將石墨微粉和用來作為包覆層的樹脂及乙醇以體積比 1:1: I混合形成懸浮液，將配制好的懸浮液以高速噴出霧滴，霧化造粒進(jìn)行分散，流態(tài)的樹脂液體流動(dòng)收縮，包覆石墨微粉，形成包覆石墨，將噴霧造粒得到的復(fù)合微粉，在熱空氣中干燥后，再經(jīng)700-1200°C作炭化處理，得到炭包覆的石墨微粉。然而這種方法是以乙醇作為溶劑進(jìn)行溶合，聚合很難達(dá)到一致性，且安全性差、產(chǎn)量低，很難達(dá)到批量生產(chǎn)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種工藝簡單安全、成本低廉的鋰離子電池碳負(fù)極材料包覆層的制備方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種鋰離子電池碳負(fù)極材料包覆層的制備方法，其特征在于采用噴霧干燥造粒法進(jìn)行，步驟為I)將碳粉、聚合物乳濁液、穩(wěn)定劑水溶液及水按一定比例混合，配制成漿料；漿料中碳粉聚合物乳濁液中聚合物(固含量)穩(wěn)定劑(固含量)水的重量比例分別為10 35 (wt) % ； 3 35 (wt) % ； I 10 (wt) % ； 40 80 (wt) % ； 2)將上述漿料送入噴霧干燥造粒機(jī)中進(jìn)行造粒包覆，漿料乳液通過霧化器分散為霧滴，霧滴與熱干燥空氣接觸，除去水分，變成粉末狀顆粒，使得碳粉表面被聚合物所包3)最后把包覆聚合物的碳粉置于碳化設(shè)備中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，逐步升溫，經(jīng)過 100-120°C脫水階段保持I. 5-2. 5小時(shí)(優(yōu)選2小時(shí))，300-500°C脫氧保持2. 5-3. 5小時(shí) (優(yōu)選3小時(shí))，最后溫度升到碳化溫度600 2500°C，得到所需的鋰離子電池碳負(fù)極材料
包覆層；所述聚合物乳池液至少含微米或納米(5 0. 05um)聚合物顆粒和水,聚合物乳池液通過聚合反應(yīng)或通過高速剪切乳化機(jī)或膠磨機(jī)乳化而得，聚合物含量3-35 (wt) %。優(yōu)選，所述微米或納米聚合物包括丁苯橡膠、煤浙青或石油浙青、丙烯酸酯樹脂、聚苯乙烯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、糠醛樹脂或ABS樹脂，聚合物乳濁液中聚合物含 3-35 (wt) %。這些聚合物微納顆粒在纖維素材料的協(xié)同作用下與石墨粉體有較好的粘合能力。優(yōu)選,所述碳粉為焦碳粉體或石墨粉體,所述焦碳粉體為石油浙青焦或煤浙青焦, 所述石墨粉體為球化天然石墨或人造石墨；所述碳粉的粒度在4 50um之間，碳層間距 d(002) = 0. 33548-0. 337nm。優(yōu)選，所述穩(wěn)定劑為水溶性纖維素材料，包括甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、 羥乙基甲基纖維素、羥乙基纖維素醚、羥丙基甲基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素鄰苯二甲酸酯或羧甲基纖維素納的纖維素材料，纖維素材料在穩(wěn)定劑中的含量I IO(Wt) %。它們?nèi)苡谒?，對碳粉具有良好的黏合、增稠、分散、乳化、保水和保膠性能，具有黏合、增稠和成膜性能。最后，所述碳化溫度為600 2500°C。溫度越高，表層碳石墨化趨高。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明采用噴霧干燥造粒法制備鋰離子電池碳負(fù)極材料包覆層，并且在對碳材料包覆過程只用水做溶劑，不需可燃溶劑，降低了負(fù)極材料包覆成本，不會(huì)污及環(huán)境，本發(fā)明的制備方法工藝簡便易聚合、安全性好，能極大地提高生產(chǎn)效率，且成本低廉，適合批量生產(chǎn)。


圖I是本發(fā)明制備的鋰離子電池碳負(fù)極材料包覆層的掃描電鏡圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。一種鋰離子電池碳負(fù)極材料包覆層的制備方法，采用噴霧干燥造粒法制備，噴霧造粒是借助于蒸發(fā)直接從溶液或漿料中制的干粒子，噴霧造粒系統(tǒng)由霧化器(氣流式，壓力式，離心式)、漿料供給系統(tǒng)(漿料池、泵)、干燥塔、熱風(fēng)系統(tǒng)(空氣加熱器、熱風(fēng)分配器)、氣固分離系統(tǒng)(除塵器、引風(fēng)機(jī)、廢氣煙囪)等構(gòu)成。料液通過泵輸入，噴出霧狀微小液滴，霧滴在表面張力的作用下收縮成球形，經(jīng)與熱風(fēng)進(jìn)行充分熱交換得以快速蒸發(fā)掉液料中的水份(或溶劑)，然后同熱空氣并流下降，并隨熱風(fēng)排出，得到粉狀或顆粒狀產(chǎn)品。大部份粉粒由塔底排料口收集，廢氣及其微小粉末經(jīng)過旋風(fēng)分離器分離，廢氣由抽風(fēng)機(jī)排出， 粉末由設(shè)在旋風(fēng)分離器下端的授粉筒收集。實(shí)施例I漿料的配制
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池碳負(fù)極材料包覆層的制備方法，其特征在于采用噴霧干燥造粒法進(jìn)行，步驟為D將碳粉、聚合物乳池液、穩(wěn)定劑水溶液及水按一定比例混合，配制成衆(zhòng)料；衆(zhòng)料中碳粉聚合物乳濁液中聚合物(固含量)穩(wěn)定劑(固含量)水的重量比例分別為10 35 (wt) % ； 3 35 (wt) % ； I 10 (wt) % ； 40 80 (wt) % ；2)將上述漿料送入噴霧干燥造粒機(jī)中進(jìn)行造粒包覆，漿料乳液通過霧化器分散為霧滴，霧滴與熱干燥空氣接觸，除去水分，變成粉末狀顆粒，使得碳粉表面包覆聚合物；3)最后把包覆聚合物的碳粉置于碳化設(shè)備中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，逐步升溫，經(jīng)過 100-120°C脫水階段保持I. 5-2. 5小時(shí)，300-500°C脫氧保持2. 5-3. 5小時(shí)，最后溫度升碳化溫度600 2500°C，得到所需的鋰離子電池碳負(fù)極材料包覆層；所述聚合物乳池液至少含微米或納米(5 0. 05um)聚合物顆粒和水,聚合物乳池液通過聚合反應(yīng)或通過高速剪切乳化機(jī)或膠磨機(jī)乳化而得，聚合物固含量3 35 (wt) %。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述微米或納米聚合物包括丁苯橡膠、煤浙青或石油浙青、丙烯酸酯樹脂、聚苯乙烯、酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、糠醛樹脂或ABS樹脂，聚合物乳濁液中聚合物含3-35 (wt) %。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述碳粉為焦碳粉體或石墨粉體，所述焦碳粉體為石油浙青焦或煤浙青焦，所述石墨粉體為球化天然石墨或人造石墨；所述碳粉的粒度在4 50um之間，碳層間距d(_ = 0. 33548-0. 337nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述穩(wěn)定劑為水溶性纖維素材料，包括甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基甲基纖維素、羥乙基纖維素醚、羥丙基甲基纖維素、羥丙基纖維素、羥丙基甲基纖維素鄰苯二甲酸酯或羧甲基纖維素納的纖維素材料，纖維素材料在穩(wěn)定劑中的含量I IO(Wt) %。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述碳化溫度為600 2500°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池碳負(fù)極材料包覆層的制備方法，其特征在于采用液相噴霧造粒的方法進(jìn)行，步驟為將碳粉、聚合物乳濁液、穩(wěn)定劑及水按一定比例混合，配制成漿料；將上述漿料送入噴霧干燥造粒機(jī)中進(jìn)行造粒包覆，漿料乳液通過霧化器分散為霧滴，霧滴與熱干燥空氣接觸，除去水分，變成粉末狀顆粒，使得碳粉表面包覆聚合物；最后包覆聚合物的碳粉置于碳化設(shè)備中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，進(jìn)行碳化處理，碳化溫度為600～2500℃，得到所需的鋰離子電池碳負(fù)極材料包覆層。本發(fā)明的制備方法工藝簡便、易聚合、安全性好，能極大地提高生產(chǎn)效率，且成本低廉，適合批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01M4/1393GK102610795SQ20111002728
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月20日
發(fā)明者顧向宏 申請人:寧波宏遠(yuǎn)炭素工業(yè)有限公司