[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

本发明公开了一种锂离子电池石墨负极材料及其制备方法。该制备方法包括下述步骤：①将天然石墨与粘合剂的混合物进行加热捏合；②热等静压成型；③炭化处理；④石墨化处理；⑤粉碎分级，即可；所述的热等静压成型的温度为500～1000℃，压力为50～100MPa。本发明制得的锂离子电池负极材料振实密度高，放电容量大和循环性能好，减少石墨颗粒内部孔隙，降低膨胀从而改善材料的循环性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其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

近年来，随着电子装置的微型化，越来越需要大容量低膨胀的二次电池。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，需要在提高电池容量的同时进一步降低电芯的膨胀。

作为锂离子电池用负极材料，目前已经研究了例如金属或石墨等颗粒状材料。随着电池容量的增加，特别需要可以以更高的振实密度(例如1.20g/cm³或1.20g/cm³以上)使用的负极材料。

天然石墨具有很高的电容量(＞350mAh/g)，缺点存在结构不稳定，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，由于产生插入锂的石墨，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。

为了解决上述问题，现有技术常常使用煅烧与添加沥青相结合的方式进行高振实密度石墨负极材料的制备。

日本专利JP2000-182617将鳞片状天然石墨等高结晶性石墨与沥青或树脂混合，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JP2002-373656将具有高度取向的石墨粉末与软化点为250～400℃的中间相沥青熔融混合，然后粉碎、分级、煅烧、石墨化而制成复合物，这种负极材料结合了石墨的高容量和中间相沥青的优异特性，表现出高的效率和堆积密度。

当上述石墨负极材料在高振实密度使用时存在的问题是，由于石墨负极材料破裂和暴露出与电解液反应的更多的表面积，加速与电解液的反应，导致充放电效率的降低，同时带来安全性差的问题；而且这些石墨负极材料的大电流(3C～5C)充放电性能不佳，3C～5C充放电下容量保持率不超过70％。

另外，由于高振实密度导致颗粒容易破碎，在电极中充当锂离子通道的的空间减少，损坏锂离子迁移性，导致负荷特性下降。

因此，为了提高锂离子电池的放电容量，不仅需要增加活性物质的容量，而且需要提高负极材料的振实密度，以及抑制电池充电时的膨胀，维持充放电效率和负荷特性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于为了克服现有技术中锂离子电池石墨负极材料振实密度低、石墨颗粒内部孔隙大、石墨负极材料循环性能不好、大电流(3C～5C)充放电性能不佳的缺陷，提供一种锂离子电池用石墨负极材料及其制备方法。本发明的制备方法可以提高石墨负极材料的振实密度，减少石墨颗粒内部孔隙，降低膨胀从而改善材料的循环性能。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

本发明提供了一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其包括下述步骤：①将天然石墨与粘合剂的混合物进行加热捏合；②热等静压成型；③炭化处理；④石墨化处理；⑤粉碎分级，即可；所述的热等静压成型的温度为500～1000℃，压力为50～100MPa。

步骤①中，所述的天然石墨可为本领域常规使用的各种天然石墨原料，较佳地为球形天然石墨。所述的天然石墨的中位粒径D50较佳地为15～25μm。