[发明专利]一种合成石墨颗粒负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料合成及能源利用领域，尤其涉及一种锂离子电池的合成石墨颗粒负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池由于具有比能量高、体积小、质量轻、无记忆效应、绿色环保等优点，相比于其它二次电池，其更符合电池工业的发展趋势，因此成为便携式电子设备及未来新能源汽车的首选电源。负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其是实现锂离子电池小型化、高容量化的关键。目前，锂离子电池多以碳材料作为负极材料，其中石墨类碳材料由于具有较低的嵌锂电位、较稳的电压平台以及较高的嵌锂容量，因而应用最为广泛。

目前，商品化应用的石墨类负极材料多为各向异性石墨，其较高的取向性决定了锂离子的嵌入/脱出方向具有选择性，且在充放电过程中使得材料的体积收缩效应较大，这不仅限制了锂离子电池的大电流快速充放电性能而且缩短了锂离子电池的使用寿命，另外石墨的高度取向性也使得其在制备电池极片时不易拉浆制片，充放电过程中负极材料易从电极上脱落，增加了极片制备工艺难度。近年来，具有高各向同性的石墨逐渐引起人们的关注。制备各向同性石墨主要采用等静压成型法，使用的骨架原料有两种，一种是使用各向同性的骨料，主要指硬质球状沥青焦，另一种是将各向异性的煅后焦与粘结剂按一定比例捏合，然后轧片，1000℃左右焙烧后经再次粉碎得到二次焦，以二次焦作为骨料。前者原料资源储量少、分布窄、价格较高，因此可采用第二种骨料来制备各向同性石墨，该种方法原料来源广泛，且制备工艺安全、可控。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，而提供一种合成石墨颗粒负极材料的制备方法，以提高石墨材料的各向同性，降低充放电过程中材料的体积膨胀收缩效应，提高材料的循环使用寿命；提高石墨颗粒的端面与基面比例，为锂离子提供更多的嵌入/脱出通道，提高锂离子电池的快速充放电能力。

本发明所采用的技术方案：

一种制备上述合成石墨颗粒负极材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤1）、将各向异性石墨原料先进行粉碎、分级、筛分处理得到平均粒径为2~10μm的超细石墨粉；

步骤2）、将步骤1）得到的超细石墨粉在混捏机中预热，然后将加热熔融沥青从混捏机上部灌入进行混捏处理，得到混捏物料；

步骤3）、将步骤2）得到的混捏物料进行以下三种处理方式中的一种进行处理，处理方式一：直接将混捏物料平铺冷却至室温，然后进行高温石墨化处理，将经过高温石墨化处理后的物料再进行粉碎、分级、球形化及筛分处理后即得产品；处理方式二：将混捏物料通过振动成型或挤压成型做成石墨方砖，然后再进行焙烧处理，将经过焙烧处理后的石墨方砖进行粗破碎、细粉碎、分级及球形化处理，然后再进行高温石墨化处理，最后再进行筛分处理即得产品；处理方式三：将混捏物料通过振动成型或挤压成型做成石墨方砖，然后再进行焙烧、高温石墨化处理，将经过高温石墨化处理后的石墨方砖进行粗破碎、细粉碎、分级及球形化处理，最后再进行筛分处理即得产品。

所述步骤1）中各向异性石墨原料为各向异性天然石墨、各向异性人造石墨中的一种或两种。

所述步骤2）中沥青为中低温沥青，软化点在50℃~100℃；沥青与石墨投料质量比为15:85~40：60。

所述步骤2）中加热熔融沥青温度为60℃~160℃，超细石墨粉预热温度为100℃~190℃，加热熔融沥青和超细石墨粉捏合处理温度为100℃~190℃，捏合处理时间为0.5小时~3.0小时。

所述步骤3）处理方式二及处理方式三中石墨方砖焙烧处理温度为900℃~1250℃，焙烧时间为25天~30天。

所述步骤3）中高温石墨化处理温度为2800℃~3200℃，石墨化处理时间为15天~20天。

所述步骤3）处理方式二中使用颚式破碎机对物料进行粗破碎，且颗粒尺寸破碎至10mm以下；处理方式一、处理方式二及处理方式三中均用325目筛对物料进行筛分处理，且筛分处理后产品需达到的技术指标为，D10为6.0~9.0μm、D50为14.0~18.0μm、D90≤35.0μm，振实密度≥0.80g/cm³。

本发明的有益效果：

本发明制备方法工艺安全、可控，且制得的材料各向同性较高、在嵌脱锂过程中材料体积变化小、循环性能得到明显改善，二次造粒处理使得石墨颗粒的端面比例得到提高，材料表现出较好的大电流充放电性能。

附图说明

图1是实施例6制备材料的XRD图谱。

图2是实施例6制备材料的表观形貌SEM图。