[发明专利]一种锂离子动力电池用小粒径天然石墨负极材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种利用天然石墨副产物制备的小粒径高容量负极材料及其制备方法。所述小粒径高容量负极材料制备方法包括：在生产15‑25μm天然石墨粉碎设备的成品出料口与尾料出料之间增加一个“二料口”，收集粒度范围5‑25μm和振实密度大于0.65g/cm³的“二口料”，再经重新整形，化学纯化，包覆碳化，得到小粒径高容量天然石墨负极材料。本发明石墨原材料的利用率大于70％，并且所制得的负极材料平均粒径D50为6‑13μm，振实密度为大于1.0g/cm³，比表面积为1‑4m²/g，灰分小于0.05％，首次放电容量大于365mAh/g，放电倍率(10C/0.2C)大于95％。本发明的小粒径高容量天然石墨负极材料容量高，倍率性能好，成本低，适合于动力电池应用。

技术领域

本发明涉及一种锂离子动力电池用天然石墨负极材料及其制备方法，尤其涉及一种以天然球形石墨生产过程中产生的尾料制备小粒径天然石墨负极材料的制备方法。

技术背景

锂离子电池因其工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等优点，成为上世纪九十年代以来继镍氢电池之后的新一代二次电池。在锂离子电池技术开发过程中，电池品质不断得到提高，生产成本不断下降。在对锂离子电池技术进步的贡献中负极材料起了很大作用。

目前商品化锂离子电池的负极材料仍然是石墨类材料占主导地位，其中天然石墨因其高的充放电容量、良好的充放电平台、来源广泛、成本低而得到广泛应用。目前市场上广泛使用的是平均粒径D50为15-25μm的球形石墨，其中D50为17±0.5μm的球形石墨使用最多。在生产D50为15-25μm球形石墨的过程中，天然石墨往往需要经过多次粉碎、球化整形、分级筛选等工序处理，产品的收率一般只有40-50％。剩余的50-60％石墨微粉尾料由于粒径小、振实密度低、比表面积大不能作为锂离子负极材料应用，仅能作为廉价的冶金增碳剂或耐火材料使用，导致资源的浪费，增加企业的成本压力。而电动汽车上使用的动力电池要求瞬间大电流放电，即充放电速度越快越好。平均粒径D50为15-25μm的球形石墨在大电流或低温环境下使用时，因其粒径大，锂离子在其中的扩散需要较长的时间，充放电速度慢不能作为动力电池使用。球形石墨颗粒越小，球形度越好，则锂离子嵌入石墨球内和脱出石墨球层内的数量越多，充放电速度越快，所以，目前动力电池负极使用的是平均粒径D50为6-13μm的球形石墨；而D50小于10μm的球形石墨因其粒径太小，用机械粉碎方法制备会更加困难，而且收率极低，振实密度低，不能适应市场的需要。如何充分利用这些石墨微粉尾料生产动力电池负极用小粒径球形石墨，尚未引起行业内的重视。

发明内容

本发明所解决的技术问题是如何利用D50为15-25μm球形石墨生产过程中产生的石墨微粉尾料，来制备锂离子动力电池用小粒径天然石墨负极材料，提供一种高容量、高倍率、低成本锂离子动力电池用天然石墨负极材料。

本发明主要通过以下技术方案来解决上述技术问题：

一种小粒径天然石墨负极材料的制备方法，包括：

(1)对生产D50为15-25μm球形天然石墨的设备的出料口进行改造，在D50为15-25μm球形天然石墨成品出料口与尾料出料口之间增加一个出料口，称作“二料口”；

(2)在生产D50为15-25μm的球形天然石墨成品过程中，在“二料口”处收集“二口料”，在尾料出料口收集尾料；

(3)将步骤(2)中收集的“二口料”和尾料按一定比例混合10：(1-4)，进行重新的整形、分级，得到小粒径球形天然石墨；

(4)对步骤(3)所得的球形天然石墨采用化学提纯的方法进行提纯；

(5)将沥青与步骤(4)得到的球形天然石墨混合，然后在800-1200℃温度下处理，得到沥青包覆的天然石墨材料。