[发明专利]一种具有耐高温性能的负极材料及其制备方法和在锂离子电池中的用途

说明书

本发明提供一种具有耐高温性能的负极材料及其制备方法和在锂离子电池中的用途；所述方法包括以下步骤：(1)将沥青与天然石墨混合，得到混合料；(2)将步骤(1)的混合料在常压下进行炭化处理，所述炭化处理的温度为1900‑2200℃；(3)将步骤(2)炭化处理的物料进行打散、筛分处理，得到成品，采用本发明的负极材料制成的电池的放电容量≥360mAh/g，首次充放电效率≥93％，常温下1C充放循环1000周容量保持率83％以上；高温循环性能优异，在45℃下1C充放循环1000周容量保持率80％以上，可以代替人造石墨制作电池负极材料，从而大大降低成本。

技术领域

本发明涉及锂离子电池碳负极材料技术领域，特别是涉及一种具有耐高温性能的负极材料及其制备方法和在锂离子电池中的用途。

背景技术

锂离子电池因其工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电小、无记忆效应等优点，成为上世纪九十年代以来继镍氢电池之后的新一代二次电池。在锂离子电池技术的开发过程中，电池品质不断提高，生产成本不断下降。在对锂离子电池技术进步的贡献中负极材料起了很大作用。目前商品化锂离子电池的负极材料仍然是石墨类材料占主导地位，其中天然石墨因其高的充放电容量、良好的充放电平台、来源广泛、成本低而得到广泛应用。但天然石墨存在结构不稳定，内部孔隙高，易造成溶剂分子的共插入，使其在充放电过程中层片脱落和破裂，暴露出可与电解液反应的更多的表面积，加速与电解液的反应，导致电池的充放电效率降低、循环性能差以及安全性差。

为了改善天然石墨的电化学性能，将有机碳包覆在天然石墨表面，然后再炭化处理，在天然石墨表面包覆一层非晶型炭层，室温充放电时形成均匀、致密的SEI膜，阻挡电解液中溶剂分子进入天然石墨内部，而允许Li+的嵌入和脱出，室温下天然石墨表现出较好的循环性能。但是，现有的炭化工艺制备的天然石墨负极材料存在高温(45℃)充放电过程中循环性能差和首次充放电效率低的缺陷。因此，天然石墨负极一般只在室温使用，从而限制了其使用范围。

发明内容

本发明的目的是旨在解决现有天然石墨负极首次充放电效率低和高温(45℃)充放电过程中循环性能差等问题，提供一种操作简单、成本低且高温充放电循环性能高和首次充放电效率高的具有耐高温性能的负极材料及其制备方法和在锂离子电池中的用途。

本发明目的通过如下技术方案得以实现：

一种负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将沥青与天然石墨混合，得到混合料；其中，所述沥青中的氧原子与碳原子的质量比为(3-6)：100；

(2)将步骤(1)的混合料在常压下进行炭化处理，所述炭化处理的温度为1900-2200℃；

(3)将步骤(2)炭化处理的物料进行打散、筛分处理，得到成品。

根据本发明，所述步骤(1)中，天然石墨的颗粒形状为球形、近似球形、卵圆形和土豆形中的至少一种，天然石墨的中值粒径D₅₀为5-25μm，振实密度为0.7-1.2g/cm³，比表面积为6.0-10.0m²/g，固定碳含量99.50-99.99wt％。

根据本发明，所述步骤(1)中，沥青选自煤沥青或者石油沥青；所述沥青中的氧原子与碳原子的质量比例如为3:100、4:100、5:100或6:100。

根据本发明，所述步骤(1)中，沥青与天然石墨的质量比为(3-10):100，例如为3:100、4:100、5:100、6:100、7:100、8:100、9:100或10:100。