[发明专利]一种锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池电极材料制备领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、使用寿命长、无记忆效应、自放电小的特点，成为目前先进电子设备优选的电源，随着先进的电子设备的发展，人们对于小型、轻质、便携的电子设备和装置的需求日益增加。充电后要求更长的使用时间，因此，需要具有更高压实密度、更高放电容量和更长使用寿命的电池为这种设备和装置提供能源。

锂离子电池负极材料，作为锂离子电池的重要组成部分，对电池容量贡献较大，急需提高负极材料的放电容量、压实密度和循环性能。

人造石墨结构较稳定，循环性能较好，但由于材料特性较硬，辊压性能不佳，压实密度较低，阻碍了人造石墨在高容量高压实下的应用。即使使用较大的外力强压下去，由于极片孔隙受堵，材料的放电容量降低、循环性能下降。

中国专利CN1702892A通过天然石墨和人造石墨的混合，提高了材料的放电容量。但由于添加了天然石墨，天然石墨石墨化度高，即使通过包覆处理，微晶边缘与底面结构差异性大，易在微晶边缘发生溶剂化锂离子的共嵌入，引起石墨层的剥离，恶化材料的循环性能。CN102110813A通过粉碎的中间相石墨和人造石墨混合，制得循环性能优异的材料，并希望提高压实密度，但由于中间相石墨和人造石墨都较硬，压实性能不佳，所以实际需要很大的压力才能提高压实，所以实际难以实现高压实，而且压实后容易反弹。

膨胀石墨是一种利用物理或化学的方法使非碳质反应物插入石墨层间，与炭素的六角网络平面结合的同时又保持了石墨层状结构的晶体化合物。它不仅保持石墨优异的理化性质，而且由于插入物质与石墨层的相互作用而呈现出原有石墨及插层物质不具备的新性能。插有层间化合物的石墨在遇到高温时，层间化合物将分解，产生一种沿石墨层间垂直的推力，这个推力远大于石墨粒子的层间结合力，在这个推力的作用下石墨层间被推开。而且膨胀石墨具有比一般石墨更好的导热性和导电性。

发明内容

本发明通过采用人造石墨与膨胀石墨的混合，旨在解决人造石墨辊压性能不佳、高压实下倍率、循环和放电性能劣化的问题。本发明通过以下技术方案实现：

一种锂离子电池负极材料，由人造石墨和膨胀石墨组成，其中人造石墨和膨胀石墨的质量比为：80:20-99:1。

人造石墨为石油焦或煅后焦经高温2800-3300℃石墨化制得的高容量的人造石墨，其容量至少为335Ah/g。

人造石墨的优选容量至少为345Ah/g。

所述人造石墨的平均粒径为5-40um，振实密度至少为0.9g/ml，比表面积为0.7-5.0m²/g。

人造石墨的优选平均粒径为10-25um。

所述膨胀石墨平均粒径为1-40um，比表面积为1.0-100m²/g。

所述膨胀石墨优选平均粒径为1-20um，优选比表面积为5.0-30m²/g。

一种锂离子电池负极材料制备方法，包括以下步骤：一、石油焦或煅后焦粉碎至所需粒径5-40um；二、所得粉碎后的颗粒经过2800-3000度高温石墨化处理；三、所得的高温石墨化处理后的人造石墨与膨胀石墨以80:20-99:1比例混合，筛分。其中筛分采用200-300目筛。

本发明通过采用人造石墨与膨胀石墨的混合，保持了人造石墨倍率、循环性能优异的特点；加入的膨胀石墨，石墨层间易于滑动，可以改善石墨的辊压性能，提高压实密度；同时由于膨胀石墨提供了较好的孔隙结构和吸收电解液性能，保证了混合石墨高压实下的倍率、循环性能，放电平台高、放电容量高。

本发明所述人造石墨优选具有高容量的人造石墨，高容量通常石墨化度较高，在高压实密度下，由于是单一的石墨结构，在辊压后石墨颗粒之间的间隙小、电解液浸润不佳，电池倍率、放电性能及循环性能会被恶化；同时人造石墨通常是高温石墨化品，硬度大，不易辊压，即使强行加压至所需压实密度，其也容易出现反弹，降低电池的体积能量密度。

本发明的优点在于：

1，本发明所采用的膨胀石墨，其具有易于被压缩，石墨层间易于滑动的特点；可以改善人造石墨的辊压性能，易于辊压，同时辊压后反弹小。

2，膨胀石墨的引入可以改变石墨的孔结构，增加电解液的吸收，进而电极的例子电导，改善电极的导电性，提高电池的倍率、放电性能和循环性能。

附图说明