[发明专利]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、短时间充电的要求不断增加，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。

锂离子二次电池石墨负极材料，具有很高的放电容量，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。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于为了克服现有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）将包含有石墨前驱体与沥青的混合物混合、加热捏合、粉碎；其中，所述的石墨前驱体的平均粒径D50为5~10μm，所述的石墨前驱体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，所述的石墨前驱体为石油焦和/或沥青焦。所述的石墨前驱体的平均粒径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，所述的石墨前驱体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石墨前驱体的质量比较佳的为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，可在加料时将石墨前驱体与沥青交替加入，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：将上述石墨前驱体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。

步骤（1）中，所述的粉碎较佳的为采用机械锤片式粉碎机粉碎。粉碎是为了保证颗粒粘接得均匀。

步骤（2）中，所述的惰性气体较佳的为氮气和/或氩气。

步骤（2）中，所述的热处理的温度较佳的为400~600℃。所述的热处理的时间较佳的为12~24小时。

步骤（3）中，所述的石墨化的方法可为本领域常规使用的石墨化方法，本发明中，石墨化的温度较佳的为2400~2800℃。石墨化的时间较佳的为20~60小时。

本发明中，所述的石墨化步骤后还可包含筛分分级步骤。

其中，所述的筛分分级的方法可为本领域常规方法，较佳的为采用振动式筛分机和/或超声式筛分机分级。通过筛分分级确保颗粒的平均粒径D50达到5~15μm，产品的形貌、倍率性能更佳。

本发明还提供了一种由上述制备方法制得的锂离子电池石墨负极材料。本发明还涉及一种电池，其包括有所述的快充石墨锂离子电池负极材料。

用上述制备方法得到的快充石墨锂离子电池负极材料，其平均粒径D50可在5~15μm之间，比表面积可在2.0m²/g以下。本发明中，在较佳的快充石墨锂离子电池负极材料制成的扣式电池中进行性能测试，首次放电容量在355mAh/g以上，首次充放电效率在90%以上，快速充电（1.5C）45分钟能达到80%以上，产品放电容量和充放电效率高，倍率性能好，其性能参数如表1所示。