[发明专利]一种复合石墨负极材料、锂离子电池、制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合石墨负极材料、锂离子电池、制备方法和应用。所述的制备方法包括如下步骤：将微晶石墨、中间相碳微球生球与沥青的混合物在300～700℃进行热处理，冷却后进行石墨化高温处理，即可。利用本发明的制备方法制备得到的复合石墨负极材料比表面积大大降低(小于2.0m²/g)；利用其制备的锂离子电池放电容量大于364.9mAh/g(可高达368.5mAh/g)、充放电效率高大于95％(可高达95.9％)，大倍率(5C/0.2C)均在90％(可高达94.5％)以上，性能好。

技术领域

本发明属于锂电子电池领域，具体涉及一种复合石墨负极材料、锂离子电池、制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池与原有电池相比，以其能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等特点，在手机、笔记本电脑和电动工具等方面已经迅速普及了。随着各种产品对小型轻量及多功能、长时间驱动化的要求不断增加，锂离子电池容量的提高主要依赖于负极材料的发展和完善。因此，长期以来，提高锂离子电池负极材料的比容量、减少首次不可逆容量，改善倍率特性，一直是研究开发的重点。

锂离子二次电池负极材料使用的天然石墨有理想的层状结构，具有很高的放电容量(接近理论容量372mAh/g)，成本低但其存在结构不稳定，易造成溶剂分子的共嵌入，使其在充放电过程中层片脱落，导致电池循环性能差，安全性差。

因此，为克服天然石墨性能上的不足，现有技术都是对天然石墨进行改性处理。日本专利JP10294111用沥青对石墨炭材料进行低温包覆，包覆后须进行不融化处理和轻度粉碎，这种方法难以做到包覆均匀。日本专利JP11246209是将石墨和硬炭颗粒在10～300℃温度下在沥青或焦油中浸渍，然后进行溶剂分离和热处理，这种方法难以在石墨和硬炭表面形成具有一定厚度的高度聚合的沥青层，对于天然石墨结构稳定性的提高将受到限制。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，单纯从包覆方法看与JP11246209相近。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，但在包覆效果上难以达到较佳控制。日本专利JP2000243398是利用沥青热解产生的气氛对石墨材料进行表面处理，这种方法不大可能使被改性材料的形态得到很大改善，因而使电性能的提高受到限制。日本专利JP2002042816以芳烃为原料用CVD法进行包覆或用沥青酚醛树脂进行包覆，这与JP2000182617和JP2000283398在效果上有相似之处。

现有技术中有专利申请(CN104140093A)记载使用天然石墨、针状焦生焦粉以及沥青制备负极材料，然而利用该负极材料制备得到的锂离子二次电池的首次效率最高仅为91.8％，难以进一步提高，即便是1％的提高，也存在极大的技术难度；且天然石墨存在膨胀大、循环差等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术中存在的复合石墨负极材料的首次放电效率低，且制备所用原料制备电池时膨胀大、循环差等缺陷，提供一种复合石墨负极材料、锂离子电池、制备方法和应用。所述锂离子电池首次放电效率和放电容量高。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

由于微晶石墨用作锂离子电池负极材料存在首次充放电效率低、大电流充放电性能差等缺点，在实际操作过程当中，极少将其应用于锂离子电池负极材料的制备；有对其进行应用的记载，则是利用超声波对微晶石墨表面进行改性，同时在石墨表面利用碳纳米管/脲醛树脂碳对其进行包覆以提高负极材料的导电性和放电容量(CN107959028A)。可见，难以直接利用微晶石墨进行负极材料的制备，且微晶石墨对与之混合以制备负极材料的原材料也有颇多要求。本发明人在付出创造性劳动后，首次选用中间相碳微球生球以及沥青与微晶石墨进行组合，无需对微晶石墨进行额外处理，并且摸索得到三者的最佳配比，进行处理后意外地获得了一种性能良好复合石墨负极材料。