一种碳/碳复合微球材料、生产方法及锂离子电池

本发明涉及一种碳/碳复合微球材料、生产方法及锂离子电池。首先将石油焦或针状焦等软碳材料破碎至粒径小于2μm的颗粒，然后与粘结剂、炭黑、溶剂按一定比例混合配制成浆料，通过喷雾成球干燥过程形成初始复合微球，再在惰性气体保护下进行热处理得到碳/碳复合微球材料。本发明的碳/碳复合微球材料具有很好的球形度与合适的微孔通道，作为锂离子电池负极材料与电解液的相容性好，同时具有较高的比容量和优良的循环性能。制备过程环境友好、工艺简单、成本低廉、易于工业推广。

1.一种碳/碳复合微球材料的生产方法，其特征在于，首先将软碳材料破碎至粒径小于2μm的颗粒，然后与粘结剂、炭黑及溶剂混合配制成浆料，通过喷雾成球干燥过程形成初始复合微球，再在惰性气体保护下进行热处理，最后得到适用于锂离子电池的碳/碳复合微球材料；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，选自蔗糖、葡萄糖、玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉、纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚乙烯蜡、酚醛树脂、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氯乙烯、聚糖醇、呋喃树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈中的任意一种或至少两种的组合；所述浆料配制时，软碳材料、粘结剂、炭黑、溶剂的质量比为1:(0.01～1):(0.01～2):(2～20)；所述喷雾成球干燥过程进口温度为200～500℃，出口温度为70～150℃；所述热处理温度为500～3000℃，热处理时间为1～48h。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述软碳材料为石油系针状焦和/或煤系针状焦。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述软碳材料的破碎方法选自球磨机干磨、湿磨或破碎机破碎中的任意一种或至少两种的组合。
4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述炭黑为纳米级炭黑。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述炭黑选自灯黑、气黑、炉黑或槽黑中的任意一种或至少两种的组合。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂为水、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一种或至少两种的组合。
7.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述配制温度为20～100℃，搅拌时间为0.5～5h。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，配制温度为25～90℃，搅拌时间为0.5～4h。
9.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述热处理为炭化或石墨化。
10.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气或二氧化碳中的任意一种或至少两种的组合。
11.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述热处理设备为固定床、流化床、搅拌床或高温石墨化炉。
12.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将软碳材料破碎至粒径小于2μm的颗粒；(2)将破碎后的软碳材料、粘结剂、炭黑及溶剂按照1:(0.01～1):(0.01～2):(2～20)的质量比混合，在20～100℃下搅拌0.5～5h配制成浆料；(3)通过喷雾成球干燥过程形成初始复合微球；(4)在惰性气体保护下，在500～3000℃下进行热处理1～48h，最后得到适用于锂离子电池的碳/碳复合微球材料。
13.一种通过如权利要求1-12之一所述的方法生产得到的碳/碳复合微球材料，其特征在于，所述碳/碳复合微球材料的粒径可控；所述碳/碳复合微球材料的颗粒内部孔道尺寸可控。
14.如权利要求13所述的碳/碳复合微球材料，其特征在于，所述碳/碳复合微球材料的粒径为2～100μm。
15.如权利要求13所述的碳/碳复合微球材料，其特征在于，所述碳/碳复合微球材料的颗粒内部孔道尺寸为1～20nm。
16.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池使用如权利要求13所述的碳/碳复合微球材料作为电池的负极材料。