[发明专利]一种锂离子电池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石墨负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池与原有电池相比，以其能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等特点，在手机、笔记本电脑和电动工具等方面已经迅速普及了。随着各种产品对小型轻量及多功能、长时间驱动化的要求不断增加，锂离子电池容量的提高主要依赖于负极材料的发展和完善。因此，长期以来提高锂离子电池负极材料的比容量、减少首次不可逆容量，改善倍率特性，一直是研究开发的重点。

锂离子二次电池负极材料使用的天然石墨有理想的层状结构，具有很高的放电容量(接近理论容量372mAh/g)，成本低但其存在结构不稳定，易造成溶剂分子的共嵌入，使其在充放电过程中层片脱落，导致电池循环性能差，安全性差。

因此，为克服天然石墨性能上的不足，现有技术都是对天然石墨进行改性处理。日本专利JP10294111用沥青对石墨炭材料进行低温包覆，包覆后须进行不融化处理和轻度粉碎，这种方法难以做到包覆均匀。日本专利JP11246209是将石墨和硬炭颗粒在10～300℃温度下在沥青或焦油中浸渍，然后进行溶剂分离和热处理，这种方法难以在石墨和硬炭表面形成具有一定厚度的高度聚合的沥青层，对于天然石墨结构稳定性的提高将受到限制。日本专利JP2000003708用机械方法对石墨材料进行圆整化，然后在重油、焦油或沥青中进行浸渍，再进行分离和洗涤，单纯从包覆方法看与JP11246209相近。日本专利JP2000182617是采用天然石墨等与沥青或树脂或其混合物共炭化，这种方法能够降低石墨材料比表面积，但在包覆效果上难以达到较佳控制。日本专利JP2000243398是利用沥青热解产生的气氛对石墨材料进行表面处理，这种方法不大可能使被改性材料的形态得到很大改善，因而使电性能的提高受到限制。日本专利JP2002042816以芳烃为原料用CVD法进行包覆或用沥青酚醛树脂进行包覆，这与JP2000182617和JP2000283398在效果上有相似之处。

发明内容

本发明为了解决现有技术中石墨负极材料结构不稳定、沥青包覆效果不好、电性能受到限制等技术问题，提供了一种产率高、工序简单、放电容量高并且放电倍率性能也得到改善的锂离子电池石墨负极材料及其制备方法。

本发明提供一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，包括如下步骤：①将天然石墨和中间相炭微球生球与沥青混合均匀；所述的中间相炭微球生球的平均粒径为20μｍ～30μｍ；所述的天然石墨的平均粒径在5～20μm；所述的天然石墨和中间相炭微球生球的用量的质量比例为9：1～5：5；所述的沥青的用量为天然石墨和中间相炭微球生球质量之和的10～50%；②将天然石墨、中间相炭微球生球、沥青的混合物在300～700℃进行热包覆处理；③进行石墨化高温处理即可；所述的石墨化处理的温度为2500～2800℃。

其中，所述的中间相炭微球生球是本领域常规。一般指由沥青经液相聚合反应而制备的中间相炭微球生球，如煤焦油沥青或石油沥青制备的中间相炭微球生球。

其中，较佳的，所述的中间相炭微球生球的平均粒径为20μｍ～25μｍ；更佳的，所述的中间相炭微球生球经过粉碎分级处理获得。

其中，较佳的，所述的天然石墨的平均粒径为6～18μm。

其中，所述的沥青为本领域常规，一般为石油沥青或煤沥青。所述的石油沥青较佳地为高温石油沥青，所述的煤沥青较佳的为高温煤沥青。

其中，较佳的，所述的天然石墨和中间相炭微球生球的用量的质量比例为8：2～6：4。

其中，较佳的，所述的沥青的用量为天然石墨和中间相炭微球生球质量之和的20～40%。

其中，较佳的，步骤②中所述的热包覆处理的温度为400～600℃，所述的热包覆处理的时间为2～6小时；所述的热包覆处理按照常规在惰性气体氛围中进行；所述的惰性气体较佳的为氮气。

其中，较佳的，步骤③中所述的石墨化处理的时间为20～60小时；更佳的，所述的石墨化处理的时间为40～60小时。

本发明还提供如上述制备方法制得的锂电子电池石墨负极材料。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的制备方法工艺简便易行，原料来源广泛且成本，制得的产品放电容量和充放电效率高，倍率性能好。