[发明专利]类球形快充石墨负极材料、制备方法及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种类球形快充石墨负极材料的制备方法，制备方法步骤如下：将富碳物质原料磨粉，得到体积平均粒径D50为0.1～30um的一次颗粒A；将一次颗粒A石墨化或热处理后石墨化，筛分得到颗粒B；将颗粒B与改性剂x、改性剂y进行机械均质混合，所述改性剂x与颗粒B的质量比为1～150:100，所述改性剂y与颗粒B的质量比为0.1～100:100；得到前驱体C；将前驱体C在惰性气氛下维持温度在800～1600℃炭化反应1～6小时，筛分，得到类球形快充石墨负极材料。该方法制得倍率性能优异、低膨胀率的石墨负极材料，采用该石墨负极材料的锂离子电池电池容量高、膨胀率低、循环好、快充性能优异。

技术领域

本发明涉及锂离子电池的技术领域，特别涉及类球形快充石墨负极材料、制备方法及锂离子电池。

背景技术

在目前商业化的锂离子电池负极材料中，石墨具有容量高、嵌/脱锂可逆性好、电位平台低以及循环性能优良等优点，被广泛应用于数码和电动汽车领域。但石墨呈现层状结构，锂离子只能从石墨层的边缘，即平行于石墨层的方向进出石墨层，无法从垂直石墨层的方向进出，影响锂离子电池的快充性能。此外，在高倍率下充放电时，当锂离子来不及扩散进入石墨层间时，锂离子集中在负极电极表面并被还原成活性极高的金属锂枝晶，从而造成电池内部短路，导致安全事故。

长期以来，提高石墨的倍率性能、降低膨胀、提高其循环性能一直是负极材料研究开发的重点。而且，下一代新能源汽车对锂离子电池的能量密度、功率密度、寿命也提出了更高的要求。针对于此，人们从多孔石墨、多边形石墨、高复合度石墨等方面开展了丰富的研究，以期解决锂离子电池高功率的需求，然而效果并不理想。

石墨的取向度决定了电池的快充和膨胀性能，对于取向度较高的石墨，锂离子只能从特定方向嵌入或脱出，在不同的方向上产生不同的形变应力，形变应力得不到相互抵消进而在某些方向上产生表观膨胀，从而造成用电设备变形、甚至损坏。为了降低石墨材料的取向度，通常采取造孔，减小颗粒尺寸、表面改性、增大二次颗粒的复合程度的方法，但改善效果不明显，且生产工艺可控性差、经济性差、对材料的容量、加工性能也产生不利影响。日本专利JP10294111用沥青对石墨炭材料进行低温包覆，包覆后须进行不融化处理和轻度粉碎，这种方法难以做到包覆均匀和保持形状。中国专利CN103682282A是将金属和/或金属化合物负载在石墨上；将负载有催化剂的石墨与反应气进行反应，得到具有多孔结构的石墨负极材料，采用这种方法置备得到的材料虽然能够增加碳材料中锂离子进出通道，但是材料的比表面积增加，影响初始效率和全电池的能量密度。

球状二次颗粒型石墨在结构上具有极低的取向度，对提高石墨的快充和降低膨胀具有立竿见影的效果。但受当前造粒工艺的限制，高容量的球形快充石墨规模制备技术仍未被攻克。因此，亟需改变目前常规二次颗粒结构石墨的造粒工艺，开发一种工艺简单、颗粒结构完整、球形度高、复合程度高、膨胀低、容量高的新型类球形快充石墨负极材料。

为此，我们提出了一种类球形快充石墨负极材料、制备方法及锂离子电池。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种类球形快充石墨负极材料、制备方法及锂离子电池，该制备方法采用微颗粒双相自聚合方式球化造粒，能够显著提高二次颗粒球形度，同时粘结碳用量低，可以实现高压实、高容量、低膨胀石墨的快速制备。本发明的类球形快充石墨负极材料石墨负极材料的颗粒体积中值粒径D50为2～30μm，球形度为0.5～0.999。且该石墨负极材料是由若干不规则子颗粒构成，子颗粒的数量为1～100个，子颗粒的体积中值粒径D50为0.1～30μm。

为实现上述目的，本发明提供了一种类球形快充石墨负极材料的制备方法，制备方法步骤如下：将富碳物质原料磨粉，得到体积平均粒径D50为0.1～30um的一次颗粒A；较佳的，一次颗粒A长宽比为0.2～5。