[发明专利]一种高倍率锂离子电池石墨负极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种高倍率锂离子电池石墨负极材料及其制备方法，包括如下步骤：(1)原料粉碎整形；(2)石墨化；(3)除磁筛分；(4)液相包覆造粒；(5)表面氧化处理，本发明首先通过优选小粒度石墨利用液相包覆造粒工艺来代替传统的二次造粒，以实现石墨表面的均匀包覆，来降低其各向异性，缩短锂离子的扩散路径，再通过表面氧化造孔工艺在石墨表面形成微孔结构，增加基面的锂离子迁移通道，提高其迁移速度，该方法得到的石墨不仅充电倍率＞8C，同时在＞30C的放电倍率下容量能保持≥80％。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种高倍率锂离子电池石墨负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为新一代绿色环保电池，具有比能量高、应用温度范围宽、循环稳定性好、无污染、安全性能好等优点，在手机、笔记本电脑以及电动工具等领域有着广泛的应用。然而，随着各类产品对于小型、便捷和短时间充电的要求不断提升，因此其对于锂离子电池的快充性能的要求也日益提高。目前，锂离子负极材料的开发和改善是提高其快充性能的关键，因此，开发高倍率快充特性的锂离子负极材料是当前研究的热点。

钛酸锂因其特有的晶格结构而具有很高的充放电倍率性能，但是其缺点同样明显，较低的克容量和高电压平台限制了它的应用。而石墨有着较高的容量和成熟的工艺，已经成为了电动汽车的主流负极材料。而石墨的充放电倍率并不高，主要是其在大倍率充放电过程中，锂离子不断嵌入和脱出，易造成石墨层片脱落，导致电池循环性能差，安全性差。因此在具体使用前，对石墨进行必要的前处理是很有必要的，如石墨的表面包覆可以减少石墨与电解液的直接接触，避免溶剂的共嵌入和石墨的脱落、粉化现象；氧化处理可以改善石墨与溶剂的相容性，减少其晶体边缘的表面官能团，易在石墨表面形成微孔结构，提供更多的锂离子迁移通道，并提高石墨的嵌锂量。目前在石墨改性处理的技术的研究也有不少，如中国专利CN104362344A通过浓酸氧化处理得到膨胀石墨后再团聚造粒，所得的石墨材料在低温性能上得到提升，但其倍率性能提升有限，且强酸环境对设备要求过高，经济价值有限；专利CN108199043A通过表面氧化处理后再二次造粒工艺得到高倍率石墨负极材料，但在氧化过程中产生的微孔结构在后续的二次造粒过程中易被形成的无定型碳填补，阻塞部分锂离子通道，可能最终影响其在倍率上的提升。

基于之前研究中存在的不足，本发明首先通过优选小粒度石墨利用液相包覆造粒工艺来代替传统的二次造粒，以实现石墨表面的均匀包覆，来降低其各向异性，缩短锂离子的扩散路径，再通过表面氧化造孔工艺在石墨表面形成微孔结构，增加基面的锂离子迁移通道，提高其迁移速度，该方法得到的石墨不仅充电倍率＞8C，同时在＞20C的放电倍率下，容量能保持≥80％。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高倍率锂离子电池石墨负极材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明涉及一种高倍率锂离子电池石墨负极材料及其制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)原料粉碎整形：将石墨前驱体原料进行粉碎、整形处理得到平均粒径D50为4-8μm的细粉物料；

(2)石墨化：将步骤(1)粉碎整形后的物料进行石墨化处理；

(3)除磁筛分：将步骤(2)的石墨化样品除磁筛分；

(4)液相包覆造粒：将步骤(3)筛分后的物料、粘合剂、溶剂常温下混合均匀，融合后碳化处理；

(5)表面氧化处理：将步骤(4)碳化后的物料氧化处理即得高倍率锂离子电池石墨负极材料。

优选的，步骤(1)所述石墨前驱体原料为石油焦或针状焦。

优选的，步骤(2)石墨化处理温度为2700-3200℃，优选2900-3100℃；时间24-60小时，优选24-48小时。