[发明专利]中间相炭微球、石墨负极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明公开了一种中间相炭微球、石墨负极材料及其制备方法、锂离子电池。该中间相炭微球按下述方法制得：在可溶解沥青的溶剂中，将含硅料浆和沥青混合，经聚合反应，制得中间相炭微球，即可；所述含硅料浆中包括含硅颗粒和有机硅烷类溶剂；所述沥青中，喹啉不溶物≤0.5％，百分比是指在所述沥青中的质量百分比；所述含硅颗粒和所述沥青的质量比为(0.001‑0.1):1。该中间相炭微球经石墨化处理即可制得石墨负极材料。本发明制得的中间相炭微球球形度好，由其制备得到的石墨负极材料放电容量高，快充性能好。本发明与传统的中间相炭微球制备工艺相比，制备工艺简单，且进一步提升了负极材料的石墨化度和电化学快充性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体涉及一种中间相炭微球、石墨负极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

锂商品化的锂离子电池用负极材料以石墨为主，主要分类为人造石墨、天然石墨和中间相炭微球(Mesocarbon microbeads，简称MCMB)制得的中间相石墨。三者相比天然石墨容量最高，人造石墨次之，中间相石墨容量最低。随着车用电池市场的爆发式增长，对锂电池的安全性和快充性能有了更高的要求。兼具高容量、高安全性、快充的负极材料成为锂离子电池研究的重点和热点。

人造石墨和天然石墨的纯品一般能达到350-360mAh/g的容量，但是要使其具有更好的快充及安全性能，需要在原材料处理阶段把原料粒径控制在较小的范围，在通过二次造粒把较小的单颗粒粘接成所需要的大小。同时需要对二次颗粒石墨品进行再加工。一般的加工方法是在石墨化品表面包覆一层定形或无定型热解炭，经过高温炭化处理后得到快充性能较好的锂离子电池负极材料。而MCMB负极材料因其颗粒为球形，在极片制备后具有较好的配向性，使得锂离子有更多的方向嵌入和脱出，所以相同容量的负极材料相比，MCMB具有更好的快充性能。

但是，在MCMB的制备过程中，原料沥青中会生成原生喹啉不溶物，在聚合时喹啉不溶物会在中间相的表面形成一个壳层，由于该壳层为难石墨化的结构，石墨化处理后具有较低的克容量，拉低了MCMB石墨化材料整体的克容量。

因此，如何制备得到一种放电容量高、倍率性能好且制备工艺简单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的石墨负极材料要么放电容量高但是倍率性能差，需经复杂的后处理过程；要么倍率性能好，但是放电容量低的缺陷，而提供了一种中间相炭微球、石墨负极材料及其制备方法、锂离子电池。本发明制得的中间相炭微球球形度好，由其制备得到的石墨负极材料放电容量高，快充性能好。本发明与传统的中间相炭微球制备工艺相比，制备工艺简单，且进一步提升了负极材料的石墨化度和电化学快充性能。

本发明提供了一种中间相炭微球的制备方法，其包括下述步骤：在可溶解沥青的溶剂中，将含硅料浆和沥青混合，经聚合反应，制得中间相炭微球，即可；

所述含硅料浆中包括含硅颗粒和有机硅烷类溶剂，所述含硅颗粒的Dv50粒径为0.01-5μm，所述含硅颗粒和所述有机硅烷类溶剂的质量比≥0.0001:1；

所述沥青中，喹啉不溶物≤0.5％，百分比是指在所述沥青中的质量百分比；

所述含硅颗粒和所述沥青的质量比为(0.001-0.1):1。

本发明中，所述可溶解沥青的溶剂可为本领域常规的可溶解沥青的溶剂，一般为含芳香环或杂环的极性溶剂，例如蒽油溶剂、萘油溶剂、洗油溶剂和甲苯溶剂中的一种或多种，再例如洗油溶剂。

本发明中，所述含硅颗粒在所述可溶解沥青的溶剂中质量百分数优选为0.1-30％，例如1-30％或0.1-10％，再例如10％。

本发明中，所述含硅颗粒可为本领域常规的含有硅的物质所形成的颗粒。所述含有硅的物质优选为单质硅、硅的氧化物和硅的碳化物中的一种或多种。