[发明专利]锂离子电池负极的石墨粉及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法，特别是一种石墨粉及 其制备方法。

背景技术

由于锂离子电池具有工作电压高、比能量大、重量轻、体积小、循环寿命 长、无记忆效应、可快速充放电和无环境污染等一系列显著的优点，而成为摄 像机、移动电话、笔记本电脑、便携式测量仪等便携式电子电器的首选电源， 也是电动汽车用轻型高能动力源的理想电源，并已经渗透到航空航天、军事等 尖端技术领域。

目前商品化的锂离子电池负极材料，主要是各种碳基材料。石墨材料作为 锂离子电池负极材料具有比容量高，价格低廉，来源丰富等优点。因此被认为 是很有前途的锂离子电池负极材料，而且市场用量不断上升。其具有良好的层 状结构，低的嵌入电位，优良的嵌入/脱嵌性能，良好的电压平台；但石墨材料 的结构规整，用此材料制作的锂离子电池负极极片，集流体上的石墨颗粒易于 形成平行于集流体的定向排列，在反复充放电过程中锂离子进入和脱出石墨晶 体内部时引起石墨的c轴方向产生较大应变，导致电极结构破坏，影响循环性 能，并且片状石墨颗粒定向排列的结果还会造成锂离子从石墨晶体的侧面进入 和脱出的阻力增大，快速充放电能力变差；此外，极片在高的压实密度下，石 墨颗粒之间压的比较实，电解液很难渗透到极片的内部，即吸液性变差，最终 影响电池的电性能。故在石墨材料的应用过程中，需对其进行不断改性。

目前有专家对石墨材料进行改性研究，也有专家将研究焦点转向非石墨类 材料，包括硅基、锡基等金属材料。日本科学家将结晶性金属氧化物复合成纳 米多孔负极材料，可将比容量提高数十倍。其原理是通过微细管，不仅锂离子 与电解液能够容易地流向电极内部，而且还具有增大锂离子吸附的表面面积的 作用。由此，在维持与现有锂离子充电电池相同的能量密度的同时，还可提高 倍率性能和循环性能。但此种方法制备的材料成本高，在锂离子电池中的应用 开发尚不成熟。目前仍然无法替代石墨材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池负极的石墨粉及其制备方法，要解决 的技术问题是增加锂离子和电解液向电极内部的传递速度，增加锂离子在石墨 材料中嵌入脱出的通道和方向。

本发明采用以下技术方案：一种锂离子电池负极的石墨粉，具有块状、球 形或近似球形的微观特征，所述石墨粉具有纳米多孔，纳米孔径为5～200nm， 孔隙率在0.5～30％之间。

本发明所述石墨粉近似球形的长短径比为1.5～4.0，比表面积2.0～10.0m²/g， 粉末挤压密度为1.60～1.90g/cm³，平均粒径在5～35μm之间，晶体层间距d₀₀₂在0.334nm到0.346nm之间。

本发明所述的石墨粉pH为4～7，阴离子含量≤50ppm，有机物含量≤1ppm， 磁性物质含量≤0.1ppm。

本发明所述的石墨粉pH为4～7，阴离子含量≤50ppm，有机物含量≤1ppm， 对锂离子电池综合性能有明显或潜在影响的金属及非金属微量元素含量 ≤11ppm。

本发明所述的阴离子是Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-或PO₄^3-酸根离子。

本发明所述的有机物是甲苯、喹啉、苯并芘、蒽或/和菲的一种以上。

本发明所述的磁性物质是含Fe、Ni和Cr元素的单质或化合物、ZnO的一 种以上。

本发明所述的微量元素为Fe、Co、Ni、Cu、Al、Mn、Na和K的一种以上。

本发明所述的微量元素Fe≤1ppm，Co、Ni和Cu中的一种以上含量＜5ppm。

本发明所述的石墨粉具有365mAh/g以上的比容量。