[发明专利]一种锂离子电池复合石墨负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池复合石墨负极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着电子装置的微型化，越来越需要更大容量的二次电池。特别令人瞩目的是锂离子电池，与镍镉或镍氢电池相比，使用锂离子电池具有更高的能量密度。尽管目前已经针对提高电池容量进行了广泛研究，但是，随着对电池性能要求的提高，需要进一步提高电池容量。

天然石墨具有很高的电容量(＞350mAh/g)，但是存在结构不稳定的缺点。当为了得到更高的电极密度而提高挤压压力时，石墨负极颗粒易于与集流体平行地取向，在整个电极上产生一致的取向，由于石墨中存在插入锂，所以得到的电极易于膨胀。电极膨胀使电池活性物质在单位体积内的可填充量降低，产生电池容量降低的问题。

中间相石墨(即中间相碳微球)产品是优良的锂离子电池负极材料，具有电位低且平坦性好、比重大、初期的充放电效率高以及加工性好等特点。但是中间相石墨的可逆储锂容量在310mAh/g左右，容量还有上升的空间。

为了解决上述问题，使用天然石墨与中间相石墨、沥青等混合及催化石墨化等方法处理可以有效地提高锂离子电池负极材料品质，不但可以提高石墨的可逆储锂容量，而且能够改善材料的循环性能。“《材料研究学报》Vol.21No.4 P.404-408”报道了催化热处理锂离子电池用中间相炭微球，有效地缓解了碳表面的不可逆电化学反应。美国专利US2006001003报道了催化石墨化处理人造石墨类负极材料的方法，能改善快速充放电性能和循环性能。日本专利JP2000-182617将鳞片状天然石墨等高结晶性石墨与沥青混合，经粉碎、炭化、石墨化而制成复合物，可以改善天然石墨的不足，即首次充放电效率高，循环特性优异，容量大和涂布性优异。日本专利JP2003-173778将熔融捏合沥青与鳞片状天然石墨复合，进行机械化学、石墨化处理，制备出球形或椭圆形复合石墨材料，该复合材料是由石墨芯和石墨包覆壳组成的复合颗粒。

上述专利文献公开的石墨负极材料中，扁平形状的石墨易于在复合的粉末和电极中取向，不能阻止电极膨胀，导致材料的锂离子迁移性差，电池容量低于355mAh/g，充放电效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服了现有石墨负极材料放电容量低，循环性能差的缺陷，提供了一种锂离子电池复合石墨负极材料及其制备方法。本发明的制备方法简单可行，适用于工业化生产，所制得的复合石墨负极材料电化学性能好，具有高充放电容量和充放电效率，大电流充放电性能好，循环性能佳，充电时只有微小的膨胀，安全性好，对电解液及其它添加剂适应性较好，并且使用该复合石墨负极材料所制得的锂离子电池产品性质稳定，批次之间几乎没有差别。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种锂离子电池复合石墨负极材料的制备方法，其包括下述步骤：①将球形天然石墨、中间相石墨和石墨化催化剂混合均匀得混合料；②捏合所述混合料和粘合剂得捏合物；③炭化处理，冷却后再进行催化石墨化高温处理；④粉碎、分级，即可。

步骤①中，所述的球形天然石墨可选用本领域各种常规的球形天然石墨。所述球形天然石墨的粒径可为本领域此类材料的常规粒径，所述球形天然石墨的体积平均粒径D50较佳地为12～36μm。

步骤①中，所述的中间相石墨可选用本领域各种常规的中间相石墨。所述中间相石墨的粒径可为本领域此类材料的常规粒径，所述中间相石墨的体积平均粒径D50较佳地为10～30μm。

步骤①中，所述的石墨化催化剂可选用本领域各种常规的石墨化催化剂，较佳地为硅的碳化物和/或铁的氧化物，更佳地为SiC和/或Fe₂O₃。

步骤①中，所述球形天然石墨和中间相石墨的质量比较佳地为1∶1～19∶1，更佳地为7∶3～9∶1。所述石墨化催化剂的用量较佳地为球形天然石墨和中间相石墨总质量的1～10％，更佳地为3～8％。

步骤①中，所述混合的条件和方法为本领域常规的条件和方法，较佳地采用悬臂双螺旋锥形混合机进行。所述混合的时间较佳地为1.5～3.0小时。