[发明专利]一种高倍率快充石墨的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池技术领域，具体地说是一种高倍率快充石墨的制备方法。

背景技术

近年来，随着电子装置的微型化，越来越需要高容量兼具高倍率的二次电池。特别令人瞩目的是锂离子电池，与镍镉或镍氢电池相比，使用锂离子电池具有更高的能量密度。尽管目前已经针对提高电池容量进行了广泛研究，但是，随着对电池功率密度要求的提高，需要进一步提高电池的充放电倍率。

作为锂离子电池用负极材料，目前已经研究了例如金属或石墨等颗粒状材料。随着动力EV电池需求的增加，特别需要可以以更高的充放电倍率(例如＞10C)使用的负极材料。

锂离子二次电池的炭负极材料目前主要是石墨微粉。其中，天然石墨类是天然石墨经球化后再进行表面修饰，天然石墨有理想的层状结构，具有很高的电容量(＞350mAh/g)，但其存在结构不稳定，易造成溶剂分子的共插入，使其在大电流充放电过程中层片脱落，导致电池循环性能差，安全性差。普通人造石墨粉形状不规则，比表面积大(通常＞5m²/g)，导致材料加工性能差，大电流充放电效率低，而且不易保证批次稳定。特殊人造石墨-石墨化中间相炭微球，结构稳定，比表面积小(＜2.0m²/g)，循环性能好，安全性好，故长期以来一直占据着锂离子炭负极材料市场，但是其制作成本高，可逆储锂容量仅仅在310mAh/g左右。

因此，为克服天然石墨和普通人造石墨各自性能的不足，现有技术都是对天然石墨或人造石墨进行改性处理。中国专利CN1397598采用喷雾造粒法，在石墨微粉表面包覆一层炭，得到内部为石墨，外层为炭的核壳结构的炭包覆石墨微粉，所用的改性剂是树脂；中国专利CN1691373，采用包覆剂(沥青类)对天然石墨球进行改性处理，使天然石墨表面获得微胶囊化地包覆层。日本专利JP2000003708用机械方法对石墨材料进行圆整化，然后在重油、焦油或沥青中进行浸渍，再进行分离和洗涤。日本专利JP2000182617是采用天然石墨等与沥青或树脂或其混合物共炭化，这种方法能够降低石墨材料比表面积，但在包覆量和包覆效果上难以达到较佳控制。

上述这些方法的共同点是都将石墨微粉进行一定的整形、球化处理，然后再进行表面修饰，最后经热处理形成石墨的核壳结构，内部为球化微晶石墨，外部为热解碳层。核壳结构降低了材料的比表面积，从而降低首次不可逆容量，起到很好的效果。但是，这些改性方法的缺陷十分明显。如由于石墨的结晶度好，层面取向发达，只允许锂离子沿石墨的边界嵌入和脱出，因而这些改性方法锂离子扩散路径长，不适合大电流充放电；这些方法采用的原料颗粒一般较大，各向异性明显，因此快速充放电性能较差；这些方法的原料利用率较低，一般整形收率只有50％左右；这些方法都是以原料进行整形处理为基础，为了追求较好的球形度，处理工序麻烦，处理成本增加。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，优选较小粒径的原料鳞片石墨粉碎成的颗粒，缩短锂离子进出迁移的路径，通过石墨化高温处理提高负极材料的放电容量和效率，再经过炭包覆造粒提高了各向同性，从而改善材料的充放电倍率性能，以提高电池的充放电容量和充放电倍率，使充放电倍率可以达到10C以上。

为实现上述目的，设计一种高倍率快充石墨的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、粉碎整形处理：将鳞片石墨原料粉碎成D50粒径在5～10μm的鳞片石墨粉；

(2)、混合改性剂：将鳞片石墨粉与改性剂以质量百分比50∶50～90∶10混合得混料，所述的改性剂为石油焦油、煤焦油、酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂或糠醛树脂中的一种或多种；

(3)、石墨化高温处理：在惰性气体保护下，将混料以2500～3000℃进行石墨化高温处理24～48小时；

(4)、混合粘合剂：将石墨化高温处理后的混料进行筛分，取筛下物与粘合剂混合，所述的粘合剂的用量为鳞片石墨原料的10～30wt％；

(5)、低温热处理：在惰性气体保护下，以300～800℃进行低温热处理，冷却至室温10～20小时；

(6)、炭化热处理：在惰性气体保护下，以800～2000℃进行炭化热处理10～50小时；

(7)、混料筛分，即得D50粒径为10～30μm的高倍率快充石墨。

所述的石墨化高温处理在石墨化加工炉中进行。

粉碎整形处理采用粉碎整形机进行。

所述的筛分采用100目筛网。