[发明专利]锂电池用热等静压中间相石墨负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池用热等静压中间相石墨负极材料及其制备方法，尤其涉及一种以自焙性中间相炭微球为原料预成型及热等静压处理的中间相石墨负极材料的制备方法及由该方法制得的石墨负极材料。本发明还涉及包括所述石墨负极材料的电池。

背景技术

中间相炭微球石墨化产品是优良的锂离子电池负极材料，近年来，锂离子电池在移动电话、笔记本电脑、数码摄像机和便携式电器上得到了大量应用。锂离子电池有能量密度大、工作电压高、体积小、质量轻、无污染、快速充放电、循环寿命长等方面的优异性能，是21世纪发展的理想能源。

中间相炭微球作为锂离子二次电池的负极材料，具有电位低且平坦性好、比重大、初期的充放电效率高以及加工性好等特点。理论上LiC₆的可逆储锂容量可达到372mAh/g，但是大多数的人造石墨负极材料的储锂容量一般在300mAh/g左右，中间相炭微球的可逆储锂容量在310mAh/g左右，负极材料的容量还有上升的空间。

随着电子信息产业的迅猛发展，各种产品对小型化、轻量化的要求不断提高，对锂离子二次电池大容量、快速充电等高性能的要求日益迫切。锂离子电池容量的提高主要依赖炭负极材料的发展和完善，因此提高锂离子电池负极材料的比容量、降低比表面积、减少首次不可逆容量及改善循环稳定性一直是研究开发的重点。

中间相炭微球热等静压成型、催化石墨化等方法处理处理可以有效地提高锂离子二次电池用负极材料品质，不但可以提高石墨的可逆储锂容量，而且能够改善材料的循环性能。文献：（1）《金属材料与冶金工程》Vol.35No.1P.6-9(2007年)报道了对中间相炭微球进行改性；（2）《材料研究学报》Vol.21No.4P.404-408(2007年)报道了热处理锂离子电池用中间相炭微球，有效地缓解了碳表面的不可逆电化学反应；（3）US2006001003报道了石墨化处理人造石墨类负极材料的方法，能改善快速充放电性能和循环性能。

当石墨负极材料高压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。

另外，由于高压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，而且需要使负极材料在更高压实密度下使用，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即是提高石墨负极材料的压实密度，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。本发明提供一种高压实密度锂离子电池用石墨负极材料的制备方法。

本发明的发明人对锂电池用中间相石墨负极材料进行大量研究。结果发现，采用特定结构石墨颗粒作为负极材料，当以高压实密度使用时，可以得到解决上述技术问题的锂离子电池。该锂电池具有大的充放电容量，充放电效率高，充电时只有小量的膨胀，从而完成本发明。本发明的另一方面，提供一种制备锂离子电池用热等静压中间相石墨负极材料的方法，其包括如下步骤：①以自焙性中间相炭微球为原料预成型；②热等静压；③石墨化；④粉碎分级。

其中，步骤①中所述的自焙性中间相炭微球为自焙性沥青中间相炭微球，自焙性中间相炭微球的粒径为5～20μm，所述的预成型采用模压成型方法，该模压成型的压力为5～50MPa。

步骤②中所述的热等静压成形处理可以改善石墨负极材料循环膨胀及延长循环使用寿命。所述的热等静压处理的温度为500～1000℃，压力为50～100MPa，时间为1～10小时。

步骤③中所述的石墨化高温处理工艺可以利用现有技术，采用常规的石墨化加工炉，石墨化温度控制在2800～3000℃。

至于步骤④所述的粉碎分级处理，没有特别限制，可以使用鄂式破碎机进行粗粉碎。微粉碎时，使用潍坊正远粉体工程设备有限公司生产的HHJ-10实验室超细机械粉碎机粉碎分级，调整分级轮转速，确保颗粒粒径和特定形貌能够满足本发明的要求。