[发明专利]一种快充石墨锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨负极材料领域，尤其涉及一种快充石墨锂离子电池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、短时间充电要求的不断增加，产品对锂离子电池的快充性能要求也日益提高，目前锂离子电池快充性能的提高主要依赖于负极材料的发展和完善。因此，提高锂离子电池负极材料的低温快充特性，是未来研究开发的热点。

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，在快速充放电过程中容易造成石墨层片脱落，导致电池循环性能差，安全性差。

因此，为克服天然石墨充放电性能的不足，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以芳烃为原料用化学气相沉积（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

本发明所解决的技术问题在于为了克服现有的沥青改性的石墨负极材料快速充放电过程稳定性差、容量衰减快的缺陷，提供了一种快充石墨锂离子电池负极材料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的。

本发明提供了一种快充石墨锂离子电池负极材料的制备方法，其包括下述步骤：

（1）将包含有天然石墨与沥青的混合物混合、加热捏合、粉碎；其中，所述的天然石墨的平均粒径D50为5~10μm，所述的天然石墨与所述的沥青的质量比为50:50~90:10；

（2）在惰性气体保护下，于300~700℃进行热处理；

（3）石墨化。

步骤（1）中，所述的天然石墨较佳的为土豆状和/或球状。所述的天然石墨的平均粒径D50较佳的为6~8μm。

步骤（1）中，所述的沥青可为本领域中常规使用的沥青，本发明中，所述的沥青较佳的为石油沥青和/或煤沥青。所述的沥青的平均粒径D50较佳的为2~10μm。

步骤（1）中，所述的天然石墨与所述的沥青的质量比较佳的为60:40~80:20。

步骤（1）中，所述的混合物还可包含有本领域常规使用的石墨化催化剂，所述的石墨化催化剂较佳的为硅的碳化物和/或铁的氧化物，更佳的为碳化硅和/或氧化铁。所述的石墨化催化剂与天然石墨的质量比较佳的为1:50~7:90，更佳的为3:100~3:50。

步骤（1）中，所述的混合物的混合方式较佳的为采用悬臂双螺旋锥形混合机进行混合，可在加料时将天然石墨与沥青交替加入，以保证混合均匀一致；其中，所述的悬臂双螺旋锥形混合机的转速较佳的为35~37rpm；所述的混合的时间较佳的为2~3小时。较佳的，在采用悬臂双螺旋锥形混合机进行混合后，再在混捏锅中进行混合。

所述的加热捏合处理可以使石墨颗粒均匀地改性粘接，其具体操作方法可采用本领域常规的方法进行：将上述天然石墨和沥青的混合物加热升温，进行捏合处理，例如在混捏锅中进行捏合处理。

步骤（1）中，所述的加热捏合的温度较佳的为100~180℃。所述的加热捏合的时间较佳的为1~10小时。加热捏合时间短会导致物料结块，混合不均匀，加热捏合时间长会导致粘合剂沥青挥发损失，影响粘接效果。