[发明专利]一种高压实、高温性能优异的高能量密度负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高压实、高温性能优异的高能量密度负极材料的制备方法，通过将有机烷烃热解碳沉积在天然球形石墨内部孔隙及表面，修复天然球形石墨内部及表面缺陷，再和沥青混合后高速搅拌均匀分散，经过碳化获得压实高、能量密度高的负极材料。本发明方法制备的负极材料具有优异的高温循环性能，解决了现有技术中所存在的高温循环性能差的问题。

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料制备技术领域，具体涉及一种高压实、高温性能优异的高能量密度负极材料及其制备方法。

背景技术

随着生产的需求和环境保护意识的提高，新能源汽车得到迅猛发展，动力电池的需求随之越来越大，高能量密度的锂离子二次电池在储能领域倍受关注，这样就要求电极材料不断地改进和创新，其中负极材料的改进和创新是首选之一。

目前，商业化的负极材料主要是石墨负极，石墨负极包括天然石墨负极、人造石墨负极和改性石墨负极三类。天然球形石墨是以优质天然鳞片石墨为原料改性球化制得，鳞片石墨在球化过程中必然会产生较多表面缺陷，且内部生成闭孔或通孔。天然球形石墨由于缺陷多、比表面大、首效低等缺点而不能单独的应用于锂电池负极材料。通常经过表面改性，在石墨表层包覆一层软碳或硬碳形成核壳结构而应用。这种改性天然石墨主要优势在于生产工艺简单、克比容量高、加工性能好等特点，且在良性环境（压实≤1.65g/cc、室温）下有较好的循环效果。但天然球形石墨表层包覆软/硬碳后压实有所下降，且软硬碳包覆仅仅改善天然石墨表面缺陷，无法修复天然石墨内部缺陷，在高压实密度条件下核壳结构坍塌，循环性能衰减很快，且高温性能很差。

针对软硬碳包覆无法修复天然球形石墨内部缺陷从而高温高压实性能差的现状问题，人们采用浸渍方式来修复球形石墨的内部缺陷。例如，中国专利申请号CN107814382A公开了一种长寿命的改性的天然石墨负极材料，采用热等静压机对天然球形石墨粉末和沥青进行浸渍处理，可以完全确保沥青在高温高压下填充石墨颗粒内部的孔隙，同时在石墨表面形成沥青碳包覆层，但是这种高压容易对石墨形成二次损伤，影响循环性能。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高压实、高温性能优异的高能量密度负极材料。所述负极材料使用压实高、能量密度高，而且高温循环性能大幅提升。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高压实、高温性能优异的高能量密度负极材料，其特征在于，所述高能量密度负极材料为核壳结构，所述高能量密度负极材料的内核由球形石墨、热解碳组成，所述热解碳分布在球形石墨内部缝隙及表层，所述高能量密度负极材料的外壳为沥青软碳材料包覆层。

一种高压实、高温性能优异的高能量密度负极材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1、在惰性气体的保护下，将烷烃类碳源热解沉积填充天然球形石墨内部孔隙及表面，得到中间产物；

S2、将上述中间产物与沥青均匀混合后碳化，碳化温度为1000~1300℃，碳化时间为5~10h，碳化后进行冷却、筛分、除磁，得到目标产物。

优选地，一种高压实、高温性能优异的高能量密度负极材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

S1、在惰性气体的保护下，将球形天然石墨置于回转炉中，升温加热，再充入烷烃类碳源气体进行热解沉积，使烷烃类碳源填充到天然球形石墨内部孔隙及表面，然后冷却至室温，得到内部缺陷修复及表面沉积热解碳的中间产物；

S2、将步骤S1制备的中间产物与沥青均匀混合，然后进行碳化处理，碳化温度为1000~1300℃，碳化时间为5~10h，碳化处理后进行冷却、筛分、除磁，得到高压实、高温性能优异的高能量密度负极材料。

优选地，步骤S1中，所述天然球形石墨原料的平均粒径范围为10~20μm。