一种锂离子电池碳微球负极材料及其制备方法

本发明涉及一种锂离子电池碳微球负极材料的制备方法，所述方法以炭黑、粘结剂与溶剂混合配制成浆料，喷雾干燥成型后，经高温处理后得到锂离子电池碳微球负极材料。本发明提供的锂离子电池碳微球负极材料，球形度高，具有可控的粒径，实现了负极材料的紧密堆积，提高了电极的体积能量密度，同时可以使锂离子从各个方向嵌入，提高材料的结构稳定性，倍率性能和首次库伦效率；在碳微球内部具有可控大小的空隙，构造了较多的离子传输通道，有助于提高材料的充放电容量和循环容量保持率；且制备原料主要为炭黑，来源广泛，不用破碎，价格低廉；制备方法工艺简单，环境友好，能耗与成本低廉，易大规模生产。

1.一种锂离子电池碳微球负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法以炭黑、粘结剂与溶剂混合配制成浆料，喷雾干燥成型后，经高温处理后得到锂离子电池碳微球负极材料。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述炭黑选自灯黑、气黑、炉黑和槽黑中的任意1种或至少2种的混合物；优选地，所述炭黑粒径为2~500纳米，优选5~300纳米，进一步优选5~100纳米；优选地，所述浆料中，炭黑、粘结剂和溶剂的质量比为1:（0.01~1）:（1~20）。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述粘结剂为可溶于水或有机溶剂的具有粘结性能的物质；优选自蔗糖、葡萄糖、玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯蜡、酚醛树脂、乙烯基吡咯烷酮或聚乙烯醇缩丁醛中的任意1种或至少2种的组合；优选地，所述溶剂选自水、乙醇、乙醚、丙酮、四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯或二甲基甲酰胺中的任意1种或至少2种的组合。
4.如权利要求1~3之一所述的方法，其特征在于，所述高温处理为进行炭化或石墨化；所述高温处理优选在固定床、流化床或高温石墨化炉中进行；优选地，所述高温处理的温度为600~3000℃；所述高温处理的时间优选为1~24h；优选地，所述高温处理在惰性气氛中进行，所述惰性气氛优选为氮气、氦气、氩气和二氧化碳中的任意1种或至少2种的组合。
5.如权利要求1~4之一所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：（1）将炭黑、粘结剂与溶剂按1:（0.01~1）:（1~20）的质量比混合得到浆料；（2）将步骤（1）得到的浆料喷雾干燥进行成型，得到初始碳微球；（3）在惰性气氛下，将步骤（2）得到的初始碳微球，在600~3000℃的条件下高温处理1~24h。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤（1）所述混合的方式为搅拌混合，所述搅拌混合的温度优选为20~100℃，进一步优选25~90℃；所述搅拌混合的时间优选为0.5~5h；优选地，所述喷雾干燥的进口温度为200~500℃；喷雾干燥出口温度优选为70~150℃。
7.一种如权利要求1~6之一所述方法制备得到的锂离子电池碳微球负极材料，其特征在于，所述碳微球负极材料包含由炭黑材料和粘结剂经高温处理后形成的硬碳材料，在碳微球颗粒内部含有空隙结构；所述孔隙结构的尺寸优选为1~10纳米；优选地，所述碳微球的直径和颗粒内部的空隙尺寸可控。
8.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的负极材料为权利要求7所述的碳微球负极材料，所述碳微球负极材料的粒径优选为0.5-100微米。
9.如权利要求8所述的锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池的首周放电容量为520~600mAh/g；首周库伦效率为76~83%；循环20次之后容量保持率为92%以上；在0.5C和1C大电流放电情况下，充电容量分别达到300~360mAh/g和220~270mAh/g。