[发明专利]人造石墨材料、复合材料及其制备方法、锂离子二次电池

说明书

本发明公开了一种人造石墨材料、复合材料及其制备方法、锂离子二次电池。该人造石墨材料采用下述方法制得：将原料经程序升温处理、石墨化处理，即可；所述原料为石油生焦颗粒或者“煅后焦颗粒和沥青颗粒的混合物”；所述石油生焦或所述“煅后焦颗粒和沥青颗粒的混合物”中，挥发分的质量百分比为5‑15％；所述程序升温处理中，当温度≥200℃、且＜500℃时，升温速率≤2℃/min。该人造石墨颗粒内部致密，空隙较少，压实密度和放电容量较高，在充放电循环过程中体积膨胀小，循环性能好；进一步制得的复合石墨材料，结合了人造石墨材料首效高、循环性能好和天然石墨容量高的优点，能够满足电池负极的高能量密度要求。

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料领域，具体涉及一种人造石墨材料、复合材料及其制备方法、锂离子二次电池。

背景技术

锂离子电池具有比能量高、无记忆效应、工作电压高以及安全、长寿命和循环性能好的优点，被广泛应用于电动汽车、电子设备以及储能设备中。随着物质生活水平的逐渐提高和工作生活的节奏加快，人们对电子产品的续航要求越来越高，因此需要具有更高容量和更长使用寿命的电池来满足人们的需求。

锂离子电池主要由四部分构成，分别是正极、负极、隔膜和电解液，其中电池的负极材料对电池的容量发挥影响较大，因此开发比容量较高、循环性能较好的负极材料是提高锂电池的容量和循环寿命的前提。

CN 103855395A将球形天然石墨进行高温预处理，再加入石油沥青和石墨化催化剂，混合均匀后进行炭化处理，之后冷却后进行高温石墨化，得到的物料再进行分级，制备出一种高容量的天然石墨负极材料。这种材料保留了天然石墨容量高的特点。但此制备工艺需要先碳化，再石墨化，最后分级，制备流程较长，工艺复杂，收率较低，而且所制备的天然石墨颗粒为单颗粒，循环膨胀大，在使用过程中会影响电池寿命。CN 1691374A公开了一种包覆沥青的人造石墨材料，其循环性能较好，但容量较低，只有335mAh/g，且极片压实密度也较低，不能满足目前电池的高能量密度的要求。

因此，如何制备得到一种放电容量高、压实密度高和容量保持率高的负极材料是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中负极材料放电容量和循环过程中容量保持率不能同时保持在较高水平(放电容量≥350mAh/g，容量保持率≥90％)的缺陷，而提供了一种人造石墨材料、复合材料及其制备方法、锂离子二次电池。本发明中的人造石墨材料放电容量≥350mAh/g、首次效率≥93％、1C/1C循环500周容量效率≥89％，3C/0.2C容量保持率％≥75％。本发明中的人造石墨材料和天然石墨材料复合后所制得的复合石墨材料，在放电容量、压实密度、倍率性能和循环性能等方面都有显著提升。

本发明提供了一种人造石墨材料的制备方法，其包括下述步骤：

将原料经程序升温处理、石墨化处理，即可；

所述原料为石油生焦颗粒或者“煅后焦颗粒和沥青颗粒的混合物”；所述石油生焦或所述“煅后焦颗粒和沥青颗粒的混合物”中，挥发分的质量百分比为5-15％；

所述程序升温处理中包括下述步骤：所述程序升温处理的终点温度≥500℃；且所述程序升温处理中，当温度≥200℃、且＜500℃时，升温速率≤2℃/min。

本发明中，所述石油生焦颗粒可采用本领域常规工艺制得，例如，将石油生焦经鄂破、机械粉碎，即可。

其中，所述石油生焦可为本领域常规的石油生焦，一般是指原油经蒸馏将轻重质油分离后，重质油再经热裂的过程，转化而成的、未经煅烧的产品。所述石油生焦可购自三菱化学株式会社。

本发明中，所述石油生焦颗粒的D50粒径可为本领域常规的D50粒径范围，例如5-30μm，优选为5-15μm，更优选为9.0μm、9.4μm、10μm或11μm。