[发明专利]用于动力锂离子电池的石墨负极材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种用于动力锂离子电池的石墨负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

当今石油、煤炭资源日趋短缺，温室气体、雾霾等环境问题日益严重，各国政府号召节能减排，在交通工具选择上积极鼓励购买小排量汽车或纯绿色电动汽车。而目前电动汽车缺点在于续驶里程短、充电慢，而这些缺点主要指向电动车的电池性能有待提高。电动汽车的续驶里程受限于电池的容量，影响电池容量的因素有正极、负极、隔膜、电解液等材料选择。

石墨是目前市场上畅销的充电电池负极材料，具有良好的导电性和高结晶度特点，有序的层状结构十分合适锂离子的反复嵌入-脱欠。但是天然石墨颗粒具有各向异性，与电解液相容性不好，首次充放电过程中不可逆容量损失较大，尤其是比表面积大的微晶石墨。与天然石墨相比，虽然人造石墨虽然可以达到各向同性，且容量、首效等电性能有所提高，但是仍然无法满足动力锂离子电池高倍率快速充的需要。因此探索一种新方法来制备能够满足高倍率快速电，同时兼具高容量的石墨负极材料是十分有必要的，同时产品的市场也非常广阔。

发明内容

本发明实施例提供了一种用于动力锂离子电池的石墨负极材料及其制备方法和应用，克服现有工艺的不足，通过造粒、整形工艺使石墨微粒达到各 向同性，从而使得制备得到的石墨极片更容易实现锂离子嵌入-脱欠，增大充电容量，通过液相包覆和高温碳化在石墨微粒表面均匀包覆一层硬碳，从而达到降低比表面积，改善与电解液的相容性，提高容量和首次充放电效率。此外，表面硬碳在锂离子嵌入-脱欠过程中可以保护石墨，延缓石墨片层塌陷、破损，从而有效提高锂离子电池充电倍率，实现快速充电的性能。

第一方面，本发明实施例提供了一种用于动力锂离子电池的石墨负极材料的制备方法，包括：

将平均粒径为5～30μm碳材料与沥青粉按100:0.1～25的重量比混合均匀，采用卧式造粒釜进行造粒，在氮气氛围中由室温以2℃/min～5℃/min的升温速率升温至500℃～1000℃，保温0.5小时～6小时后降至室温，得到造粒料；

将所述造粒料进行破碎分级处理，得到平均粒径为5um～30um整形料；

将整形料与沥青按100:0～10混合均匀，在2000～3300℃进行石墨化处理，得到提纯的石墨化料；

将所述提纯的石墨化料与聚合物粉末在含有羧甲基纤维素钠CMC的水中分散均匀，将形成的悬浮液进行喷雾干燥；其中，所述石墨化料与所述聚合物粉末的重量比为100:1～10，所述石墨化料与CMC重量比为100:0.5～3；

在1000～1300℃进行碳化处理，冷却后筛分得到所述石墨负极材料。

优选的，所述碳材料包括石墨化中间相碳微球、石油焦、沥青焦、针状焦或焦炭中的一种或多种。

优选的，所述沥青包括低温沥青、中温沥青或高温沥青中的一种或多种。

优选的，所述聚合物包括酚醛树脂、聚偏氟乙烯、聚吡咯、环氧树脂中的一种或多种。

优选的，所述碳材料与沥青粉的混合重量比为100:1～16。

优选的，所述整形料与沥青的混合重量比为100:0～6。

优选的，所述石墨化料与所述聚合物粉末的重量比为100:1～5。

第二方面，本发明实施例提供了一种通过上述第一方面所述方法制备得到的石墨负极材料。

第三方面，本发明实施例提供了一种包括上述第二方面所述的石墨负极材料的锂离子二次电池。

第四方面，本发明实施例提供了一种上述第三方面所述的锂离子二次电池的用途，所述锂离子二次电池用作动力锂离子电池。

本发明实施例提供的用于动力锂离子电池的石墨负极材料的制备方法克服了现有工艺的不足，通过造粒、整形工艺使石墨微粒达到各向同性，从而使得制备得到的石墨极片更容易实现锂离子嵌入-脱欠，增大充电容量，通过液相包覆和高温碳化在石墨微粒表面均匀包覆一层硬碳，从而达到降低比表面积，改善与电解液的相容性，提高容量和首次充放电效率。此外，本发明还利用羧甲基纤维素钠作为防沉淀剂，有效避免其他杂质的引入。

附图说明

下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步详细描述。

图1为本发明实施例1提供的用于动力锂离子电池的石墨负极材料的制备方法流程图；

图2为本发明实施例2提供的石墨负极材料的扫描电镜(SEM)图；

图3为本发明实施例3提供的石墨负极材料的SEM图；

图4为本发明实施例4提供的石墨负极材料的SEM图；