[发明专利]一种天然石墨炭包覆负极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明公开了一种天然石墨炭包覆负极材料及其制备方法、锂离子电池。该制备方法步骤包括：S1.将天然石墨与沥青的混合物进行热处理，得到表面包覆沥青的天然石墨；其中，所述天然石墨的中值粒径D50＝5.0～7.5μm，所述天然石墨的D10/D90＞0.35；所述沥青的结焦值为30％～80％；所述天然石墨与所述沥青的质量比为100:8～100:30；S2.将所述表面包覆沥青的天然石墨与液态树脂的混合物进行炭化处理，即可。本发明能够在保障负极材料具有高容量、高压实优点的同时，提高负极材料功率和循环性能，并降低生产成本。

技术领域

本发明涉及石墨负极材料技术领域，具体地涉及一种天然石墨炭包覆负极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

锂离子二次电池相比于镍氢、铅酸等传统电池，具有能量密度大、输出电压高、自放电率低、环境友好、无记忆效应、寿命长等优点，已广泛应用于便携消费类电子产品、电动工具、电动汽车、储能等领域。目前，用量最大当属新能源汽车行业。

电动工具及新能源汽车混动(HEV)方向对负极材料的功率性能要求很高，有些需要满足-10℃甚至-20℃的低温充电能力。目前，HEV负极材料市场上大多以煤系针状焦为原料制备人造石墨，该类材料存在两个短板，一方面是需要石墨化加工，成本太高，另一方面是该类材料的石墨化度通常只有92～93％，克容量只有330～340mAh/g，虽然功率性能好，但能量密度低是不容忽视的缺点。

天然石墨作为长期使用的负极材料原料，具有高容量、高压实、高功率的特点，缺点是膨胀及长循环性能较差。因此在HEV应用方向，天然石墨虽然有着能量密度的优势，但是需要通过设计和改性以实现好的功率和循环性能。现有技术中，有通过将天然石墨与沥青复合的石墨化产品再外包覆一层非晶炭，但这样存在工艺复杂且成本太高的问题，例如专利CN106532051A，该专利公开了将混合天然石墨先进行沥青包覆后石墨化，然后再用酚醛树脂对其进行包覆改性。专利CN103151497A公开了将天然石墨先进行沥青包覆后固化和碳化，然后再用酚醛树脂对其进行包覆改性，但是实验中发现，若使用的原料中值粒径较大，则会带来功率性能、循环、膨胀差的问题。若能够选择合适的原料粒度和改性方式，实现合理的颗粒结构，可以使改性天然石墨材料获得满足-20℃的低温充电性能以及优秀的膨胀和循环性能。

鉴于以上理解，研发人员试图以天然石墨为原料，开发一款应用于高功率方向的负极，继承高容量、高压实的优点，提高负极材料的稳定性和循环性能，同时在工艺过程上避免了石墨化工序，较人造石墨有一定成本优势。

发明内容

本发明的目的是为了解决将天然石墨负极材料应用于新能源汽车混动(HEV)和电动工具时，其存在功率不足、长循环性能较差与成本高昂的问题，提供一种天然石墨炭包覆负极材料及其制备方法、锂离子电池，能够在保障负极材料具有高容量、高压实优点的同时，提高负极材料功率和循环性能，并降低生产成本。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种天然石墨炭包覆负极材料的制备方法，其步骤包括：

S1.将天然石墨与沥青的混合物进行热处理，得到表面包覆沥青的天然石墨；

其中，所述天然石墨的中值粒径D50＝5.0～7.5μm，所述天然石墨的D10/D90＞0.35；所述沥青的结焦值为30％～80％；所述天然石墨与所述沥青的质量比为100:8～100:30；

S2.将所述表面包覆沥青的天然石墨与液态树脂的混合物进行炭化处理，即可。

S1中，所述天然石墨可为满足中值粒径D50＝5.0～7.5μm、D10/D90＞0.35的本领域常规的天然石墨。其中，所述D10/D90一般是指D10与D90的比值。

较佳地，S1中，所述天然石墨的中值粒径D50＝5.5～7.5μm，例如为5.5μm、6.5μm或7.5μm。