本發明專利技術提供了一種磷酸鐵鋰動力電池負極材料及其制備方法，其中前者具有以石油焦為核，以碳為殼的核殼結構。本發明專利技術的核殼結構的磷酸鐵鋰動力電池負極材料中的石油焦對各種電解液的適應性較強，耐過充、過放電性能較好，安全性較高，其充放電電位曲線上無平臺(在0?1.2V范圍內呈斜坡狀)，使得可以很方便的根據電壓的變化監測動力電池的容量的衰減情況，而且，石油焦的電位比鋰的電位高，可以避免金屬鋰在負極上的沉積。此外，以石油焦為核，以碳為殼可有效防止石油焦在插鋰的過程中發生體積膨脹，從而有效防止降低動力電池的壽命。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及動力電池領域，更具體地，涉及一種磷酸鐵鋰動力電池負極材料，及該磷酸鐵鋰動力電池負極材料的制備方法。
技術介紹
磷酸鐵鋰動力電池是指用磷酸鐵鋰(LiFePO4)作為正極材料的鋰離子電池。由于磷酸鐵鋰具有高的能量密度、低廉的價格、優異的安全性的優點，使得磷酸鐵鋰電池特別適合用于動力電池領域，其被廣泛的應用于混合動力汽車、電動工具、電動自行車、電動助力車、發電儲能裝置等各個領域。負極材料是鋰離子電池的關鍵材料之一，而碳質材料是人們最早開始研究并應用于鋰離子電池負極的材料，至今仍受到廣泛關注。碳質材料主要具有以下優點：比容量高(200～400mAh/g)，電極電位低(<1.0V VS Li+/Li)，循環效率高(>95％)，循環壽命長。目前較常用的磷酸鐵鋰動力電池負極材料包括石墨和中間相炭微球(MCMB)等，其中，石墨的大電流充放電能力低，動力性能較差，中間相炭微球具有優異的循環性能，但比容量不高，首次循環效率偏低，而且，這兩種負極材料的嵌脫鋰電位在0-0.2V，易于發生金屬鋰的沉積，大電流條件下的安全性較差。此外，石墨和中間相炭微球負極材料都具有較好的電壓平臺，雖然這對于小型鋰離子電池來說是一個優點，但是，對于磷酸鐵鋰動力電池卻是個缺點。因為磷酸鐵鋰動力電池的正極在3.2V的放電電 壓平穩，如果再采用放電電壓平穩的負極材料，雖然整個電池體系放電電壓平穩，但是卻無法根據電壓的變化監測電池容量的變化，如果無法監控電池容量的消耗，將會造成使用上的極大不便。
技術實現思路
本專利技術的一個目的是提供磷酸鐵鋰動力電池負極材料，以減小金屬鋰在磷酸鐵鋰動力電池負極的沉積，以及方便監控磷酸鐵鋰動力電池的電池容量的衰減。根據本專利技術的一個方面，提供了一種磷酸鐵鋰動力電池負極材料，具有以石油焦為核，以碳為殼的核殼結構。可選的，所述石油焦為改性石油焦。可選的，所述殼的厚度為所述核殼結構的粒徑的0.5％-2％。本專利技術的另一個目的是提供一種磷酸鐵鋰動力電池負極材料的制備方法，以制得一種可有效減小金屬鋰在磷酸鐵鋰動力電池負極的沉積，以及磷酸鐵鋰動力電池的電池容量的衰減監控方便的磷酸鐵鋰動力電池負極材料。根據本專利技術的第二方面，提供了一種磷酸鐵鋰動力電池負極材料的制備方法，包括如下步驟：(1)將石油焦粉碎后篩選出粒徑小于16目的顆粒，將所述顆粒與粘結劑混合后進行造粒處理，得到粒徑為10mm-100mm的石油焦再造粒；(2)將所述步驟(1)中的石油焦再造粒在500℃-800℃下進行熱處理，得到煅后石油焦；(3)將所述步驟(2)中的煅后石油焦冷卻后在惰性氣氛下以6℃/min-12℃/min的升溫速率升溫至2000℃-2700℃并保溫一段時間，得到石墨化石油焦；(4)將所述步驟(3)中的石墨化石油焦與碳源混合均勻后在150℃-250℃的溫度下反應5h-12h，即得到磷酸鐵鋰動力電池負極材料。可選的，所述步驟(1)中的顆粒的粒徑為20目-50目，所述粘結劑為 瀝青，所述顆粒與所述粘結劑的質量比為15:1-20:1。可選的，所述步驟(2)中的熱處理在大氣環境中進行，且熱處理的溫度為600℃-700℃，熱處理的時間為0.5h-3h。可選的，所述步驟(3)具體如下：將所述步驟(2)中的煅后石油焦冷卻至室溫后，在流速為50ml/min-150ml/min的氮氣氣氛下以8℃/min-10℃/min的升溫速率升溫至2300℃-2600℃并保溫0.5h-5h，得到石墨化石油焦。可選的，所述步驟(4)中的碳源為有機碳源，且所述石墨化石油焦與所述碳源的質量比為10:1-30:1。可選的，所述步驟(4)具體如下：先將碳源配成碳源溶液，再將所述步驟(3)中的石墨化石油焦加入所述碳源溶液中混合均勻，接著采用水熱法在150℃-250℃的溫度下反應5h-10h，即得到磷酸鐵鋰動力電池負極材料。可選的，所述碳源為葡萄糖，所述碳源溶液的濃度為0.5mol/L-3mol/L。本專利技術的專利技術人發現，在現有技術中，確實存在現有的磷酸鐵鋰動力電池負極上易沉積金屬鋰，以及無法監控磷酸鐵鋰動力電池的電池容量的衰減的問題。因此，本專利技術所要實現的技術任務或者所要解決的技術問題是本領域技術人員從未想到的或者沒有預期到的，故本專利技術是一種新的技術方案。本專利技術的一個技術效果在于，核殼結構的磷酸鐵鋰動力電池負極材料中的石油焦對各種電解液的適應性較強，耐過充、過放電性能較好，安全性較高，其充放電電位曲線上無平臺(在0-1.2V范圍內呈斜坡狀)，使得可以很方便的根據電壓的變化監測動力電池的容量的衰減情況，而且，石油焦的電位比鋰的電位高，可以避免金屬鋰在負極上的沉積。此外，以石油焦為核，以碳為殼可有效防止石油焦在插鋰的過程中發生體積膨脹，從而有效防止降低動力電池的壽命。本專利技術的另一個技術效果在于，本專利技術的磷酸鐵鋰動力電池的制備方法依次對石油焦進行粉碎造粒處理、熱處理、石墨化處理和碳包覆處理，有效提高了石油焦的充放電容量，改善了石油焦的循環性能和倍率性能， 防止石油焦在插鋰的過程中發生體積膨脹。通過以下對本專利技術的示例性實施例的詳細描述，本專利技術的其它特征及其優點將會變得清楚。具體實施方式為使專利技術的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面對本專利技術的具體實施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本專利技術，但是本專利技術還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本專利技術內涵的情況下做類似推廣，因此本專利技術不受下面公開的具體實施例的限制。本專利技術的磷酸鐵鋰動力電池負極材料具有以石油焦為核，以碳為殼的核殼結構，其中石油焦優選地為改性石油焦，殼的厚度優選地為核殼結構的粒徑的0.5％-2％，進一步地殼的厚度優選地為核殼結構的粒徑的0.8％-1.5％，上述改性石油焦可采用本領域已知的方法實現，上述核殼結構的形狀優選地可為類球狀。在本專利技術的磷酸鐵鋰動力電池負極材料的制備方法中，首先對石油焦進行粉碎造粒處理，其包括將石油焦粉碎后進行篩分，并篩選出粒徑小于16目的顆粒，優選地顆粒的粒徑為20目-50目，再將顆粒與粘結劑混合后進行造粒處理，上述粘結劑可選用瀝青、煤焦油或酚醛樹脂等，當粘結劑為瀝青時，顆粒與粘結劑的質量比為15:1-20:1，當然，本領域技術人員也可根據實際需求靈活地選擇其它粘結劑以及對應的粘結劑使用量，得到粒徑為10mm-100mm的石油焦再造粒；接著對石油焦再造粒進行熱處理，其包括將石油焦再造粒在500℃-800℃下進行熱處理，上述熱處理優選地在大氣環境中進行，熱處理的溫度優選地為600℃-700℃，熱處理的時間優選地為0.5h-3h，得到煅后石油焦，煅后石油焦的表面在熱處理過程中氧化形成微孔；然后對煅后石油焦進行石墨化處理，其包括將煅后石油焦冷卻后在惰性氣氛下以6℃/min-12℃/min的升溫速率升溫至2000℃-2700℃并保溫一段時 間，上述惰性氣氛可為氮氣或氬氣，更優選地為吹掃過煅后石油焦的流速為50ml/min-150ml/min的氮氣，上述升溫速率優選地為8℃/min-10℃/min，上述保溫的溫度優選地為2300℃-2600℃，上述保溫時間優選地為0.5h-5h，更優選地為0.5h-3h，得到石墨化石本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種磷酸鐵鋰動力電池負極材料，其特征在于，具有以石油焦為核，以碳為殼的核殼結構。
【技術特征摘要】
1.一種磷酸鐵鋰動力電池負極材料，其特征在于，具有以石油焦為核，以碳為殼的核殼結構。2.根據權利要求1所述的磷酸鐵鋰動力電池負極材料，其特征在于，所述石油焦為改性石油焦。3.根據權利要求1所述的磷酸鐵鋰動力電池負極材料，其特征在于，所述殼的厚度為所述核殼結構的粒徑的0.5％-2％。4.一種磷酸鐵鋰動力電池負極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)將石油焦粉碎后篩選出粒徑小于16目的顆粒，將所述顆粒與粘結劑混合后進行造粒處理，得到粒徑為10mm-100mm的石油焦再造粒；(2)將所述步驟(1)中的石油焦再造粒在500℃-800℃下進行熱處理，得到煅后石油焦；(3)將所述步驟(2)中的煅后石油焦冷卻后在惰性氣氛下以6℃/min-12℃/min的升溫速率升溫至2000℃-2700℃并保溫一段時間，得到石墨化石油焦；(4)將所述步驟(3)中的石墨化石油焦與碳源混合均勻后在150℃-250℃的溫度下反應5h-12h，即得到磷酸鐵鋰動力電池負極材料。5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中的顆粒的粒徑為20目-50目，所述粘結劑為瀝青，所述顆粒與所述...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉慶華，李麗，
申請(專利權)人：菏澤學院，
類型：發明
國別省市：山東;37
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