[发明专利]一种低成本长循环的石墨负极材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种低成本长循环的石墨负极材料及其制备方法和用途；本发明的制备方法中，将压型机的温度控制在比沥青熔点高40～100℃，使沥青保持在液体状态，可以完全确保沥青在高温高压下填充到石墨微粉内部的孔隙，同时在其表面形成沥青包覆层。高压炭化过程中，一方面可以抑制沥青中的低分子量芳香族化合物和直链小分子脂肪烃的挥发；另一方面加压过程也有利于聚合反应的进行，使得沥青的炭化残碳高，既能对石墨微粉内部孔隙的快速增密，提高负极材料的压实密度，又能在石墨微粉表面形成均匀且致密的碳包覆层，降低了负极材料的比表面积，提高了电池的首次效率和循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池碳负极材料技术领域，具体涉及一种低成本长循环的石墨负极材料及其制备方法和用途。

背景技术

储能技术是平衡各类能量应用需求，提升社会整体能量使用效率的有效手段，在提高大规模及分布式可再生能源接入能力和城市微网电能质量提升等应用领域都有广泛的使用前景。在现有储能电池体系中，锂离子电池以其材料体系灵活、技术更新快成为最受关注的储能电池体系，已在各类示范工程中广泛应用。

目前市场上储能锂离子电池基本上采用人造石墨作为负极材料，而人造石墨是石油焦和针状焦经过石墨化处理得到的。随着石油等资源价格的持续上涨，石油焦和针状焦价格也在上涨，使得负极材料的成本在不断增加。在石墨负极领域成熟的生产工艺条件下，寻找一种更具有高性价比的原材料是主要关键问题。

目前市场上石墨化炉中的电阻料和特种石墨加工过程中产生的边角料以及加工粉尘石墨化度高且成本低，已经引起行业关注。但这两种材料表面呈多孔隙状，粉碎成微粉颗粒后存在比表面积过大、压实密度过低等缺陷，难以满足高端动力电池的材料要求。

发明内容

本发明所解决的技术问题是如何利用特种石墨加工过程中产生的尾料和电阻料来制备石墨负极材料，特此提供一种低成本长循环的石墨负极材料及其制备方法和用途。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种石墨负极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将沥青和石墨微粉加入到混合机中进行混合，得到前驱体；

(2)将前驱体填充到压型机中，通过电磁振动，抽真空，放入高压容器中，进行加压和加热处理，压制成块状物；

(3)将步骤(2)的块状物在惰性气氛下进行高压炭化处理，冷却后进行打散、筛分、除磁，得到所述石墨负极材料。

根据本发明，步骤(1)中，所述沥青和石墨微粉的质量比为(10-20):100，例如为10:100、11:100、12:100、13:100、14:100、15:100、16:100、17:100、18:100、19:100或20:100。

根据本发明，步骤(1)中，所述混合机的转速为200～250r/min，所述混合的时间为1小时以上，以确保沥青和石墨微粉的均匀混合。所述混合机为本领域已知的混合机，所述混合的温度为室温。

根据本发明，步骤(1)中，所述的沥青选自浸渍沥青，或选自软化点为65～85℃的沥青，所述沥青的D₅₀粒径为1～3μm。

根据本发明，步骤(1)中，所述石墨微粉选自电阻料、高功率电极料、高纯石墨制品、等静压石墨等加工过程中的一种或多种尾料组合物，所述石墨微粉的D₅₀粒径为8～20μm。

根据本发明，步骤(1)中，所述石墨微粉例如可以是通过将石墨或石墨尾料进行粉碎、分级、整形的方法获得。