[发明专利]一种形貌可控的球形石墨负极材料及其制备方法

说明书

本发明公布了一种形貌可控的球形石墨负极材料，球形石墨负极材料由5‑11μm的石墨片粘结而成，该结构的外层包覆均匀的单层筛网状的金属铜，且球形石墨颗粒的表面及内部均匀附着导电剂，制备的颗粒粒径为10‑30μm。本发明还公布了材料的制备方法，通过喷雾干燥法，制备出具有高性能形貌可控的球形化石墨锂离子电池负极材料，球形石墨的外层包覆均匀的单层筛网状的金属铜，铜层的存在既可以维持粒子的球形结构，筛网状的孔隙则可以允许锂离子通过，而且铜可以促进锂离子电池的电子电导，提高材料的倍率性能；除铜包覆层外，球形石墨颗粒表面及内部导电剂的添加，可以提高电导率，缩短锂离子的传输路径，提高材料的倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及一种形貌可控的球形石墨负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池在3C消费电子领域应用广泛，但是目前石墨负极材料的主流工序就是焦进行粉碎、整形、造粒、石墨化等，最终的负极材料形貌差异很大，均一性不强，碳微球作为一种球型颗粒，其倍率性能较好，而且作为球型，其各向同性非常好，是作为负极材料最佳的选择。但是碳微球的制造工序比较复杂难以造出品质好的样品而且价格昂贵，基于此种情况，开发出形貌可控的球型石墨负极材料，并且使其兼具碳微球的高导电性能和各向同性以提高材料的使用价值则是非常重要的一项工作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种形貌可控的球形石墨负极材料制备方法，通过使用喷雾干燥法形成球形石墨，同时在过程中加入导电性较强的材料，制得的负极材料具有优异的倍率性能；并且通过控制实验条件完成球形及粒径分布的可控，制得形貌可控、倍率性能较好的球形石墨负极材料。

本发明的具体技术方案为：

一种形貌可控的球形石墨负极材料，所述球形石墨负极材料由5-11μm的石墨片粘结而成，该结构的外层包覆均匀的单层筛网状的金属铜，且球形石墨颗粒的表面及内部均匀附着导电剂，制备的颗粒粒径为10-30μm。

进一步地，所述颗粒粒径为12-20μm。

一种形貌可控的球形石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)石墨化处理：将石墨前驱体进行石墨化处理，石墨化温度为2800-3200℃，得到石墨材料；

(2)混合：将步骤(1)中的石墨材料、分散剂、粘结剂、导电剂按一定比例分散于蒸馏水中，搅拌3-5h，在该过程中调节浆料的黏度和固含量，得到适合的混合浆料；

(3)球形化：将步骤(2)的浆料用喷雾干燥设备干燥成粉，得到球形造粒产物；喷雾干燥的进风温度为150～250℃、出风温度为100～140℃，雾化器频率为300-500Hz；

(4)稳定性处理：对于步骤(3)中的球形造粒产物的表面通过真空溅射镀膜方法镀致密的铁铜合金的单层金属薄层；真空溅射镀膜的溅射功率为50W-3000W，超声波振动功率为10W-200W,样品架摆动范围为10次/分-60次/分，真空室内充氩气至0.1Pa-10Pa,加热温度范围20℃-200℃，溅射镀膜时间为10分钟-60分钟，抽真空至0.001Pa-0.008Pa；

(5)溶解：将步骤(4)中样品倒入稀盐酸溶液中将镀层中铁全部溶解掉，然后用去离子水清洗干净；

(6)碳化：对步骤(5)中样品置于辊道窑中碳化；

(7)除磁筛分：对步骤(6)产物除磁筛分得到形貌可控的球型石墨负极材料。

进一步地，步骤(1)中所述石墨前驱体为鳞片石墨、天然石墨、煅前焦、煅后焦中的一种，粒径D50为5-11μm，石墨的比例为97-100％。

进一步地，步骤(2)中所述粘结剂为两类，一种粘结剂为PVDF或者SBR中的一种，比例为0.3-1.0％；另一种粘结剂为液相中温沥青或者液态树脂中的一种，比例为1-3％。