[发明专利]一种锂离子电池高容量高倍率复合石墨材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料制备领域，具体涉及一种锂离子电池高容量高倍率复合石墨材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、能量密度大、使用寿命长、无记忆效应、自放电小的特点，成为目前先进电子设备优选的电源。随着人们生活多样化及节奏的加快，希望电池使用时间长，因此需要具有更高容量和更长使用寿命的电池为这种设备和装置提供能源。

锂离子电池负极材料，作为锂离子电池的重要组成部分，对电池的容量、电池使用寿命影响大，急需提高负极材料的容量、压实及循环性能。

CN103094536A通过以天然石墨为主材，以沥青为改性介质，制作的高容量复合石墨材料。该材料保留了天然石墨高容量的特点。但由于使用的是单颗粒的天然石墨，石墨颗粒大，增加了锂离子嵌入、脱出路径，因而材料的充放电性能差，循环性能不佳，较难满足长循环的需求。CN102110813A通过粉碎的中间相石墨和人造石墨混合，制得容量、压实密度较高，比表面积低，大电流性能、循环性能好的材料。但由于中间相石墨及人造石墨的容量较天然石墨低，所以混合材料的容量难以做高。另外中间相石墨和人造石墨都较硬，压实性能不佳，所以实际需要很大的压力才能提高压实。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池高容量高倍率复合石墨材料及其制备方法，通过采用三类不同特点的石墨颗粒复合制得的复合石墨材料，旨在提高石墨的容量、压实性能，并解决石墨倍率性能差和循环性能不佳的问题。

通过以下方案来实现：

一种锂离子电池高容量高倍率复合石墨材料，包括三类石墨颗粒，第一类石墨颗粒为石油焦、煅后焦经高温石墨化制得的人造石墨；第二类石墨颗粒为天然石墨球进行除杂、球形化、包覆、粘接而成的核壳结构的二次石墨颗粒；第三类石墨颗粒为石墨层间距大，石墨层间易于滑动，含丰富孔隙结构的石墨；其重量比为20-80:80-20:0.1-10。

所述第一类石墨颗粒制备步骤为：石油焦、煅后焦经过粉碎至5-25um大小的颗粒，经高温2800-3000度石墨化制得的人造石墨，第一类石墨颗粒容量≥340mAh/g。

所述第二类石墨颗粒制备方法为：a投料：把小颗粒天然石墨球、粘接剂和石墨化催化剂投至滚筒炉内，投料时滚筒边旋转边加料；b、高温一体化的包覆、粘接、炭化工艺：调节滚筒转速10-100Hz，炉内加热，升温程序为：常温至200℃0.5-10小时，200℃至400℃1-10小时,400℃至600℃1-10小时，600℃恒温1-10小时；c、冷却至常温；d、催化石墨化处理；其中小颗粒天然石墨球、粘接剂和石墨化催化剂的投料重量比为50%-100%:5%-30%：1%-5%，第二类石墨颗粒平均粒径为2-20um；容量≥350mAh/g。

石墨化催化剂为本领域常用的硅、铁、锡的氧化物或碳化物的任一种及以上。

所述第三类石墨颗粒中的石墨为天然石墨、改性天然石墨、人造石墨、膨胀石墨中的任一种及以上。

所述第三类石墨颗粒容量≥200mAh/g；粒径为0.5-30um；石墨晶体层间距为0.335nm-0.35nm。

所述第三类石墨颗粒的粒径为1-20um。

将三类石墨颗粒，通过混合、加入粘接剂进行包覆、粘接、高温碳化制得的复合石墨材料；包覆粘接剂为石油沥青、煤沥青、高分子树脂的任一种及以上

详细步骤为：A投料：把人造石墨颗粒、核壳结构的二次复合石墨颗粒、导电石墨、粘接剂投至反应釜内，投料时要求边搅拌边加料；B高温一体化的包覆、粘接、炭化工艺：调节搅拌转速10-100Hz，炉内加热，升温程序为：常温至200℃0.5-10小时，200℃至400℃1-10小时,400℃至600℃1-10小时，600℃恒温1-10小时；粘接剂在升温过程中，经历软化、熔融的过程，结合搅拌过程，实现二次人造石墨颗粒、核壳结构的二次复合石墨颗粒的二次包覆，以上两类颗粒相互复合粘接，形成复合颗粒；再经过600℃恒温1-10小时，实现了粘接剂的炭化、固化，复合颗粒成型；C冷却至常温；D惰性气氛保护高温炭化工艺：惰性气体保护下，常温至1100℃0.5-24小时，1100℃恒温1-10小时，实现高温炭化处理。

其中制备的锂离子电池高容量高倍率复合石墨材料的粒径5-25um，振实密度≥0.9g/ml，比表面0.5-5.0m2/g，容量≥355mAh/g。

本发明的优点在于：