[发明专利]一种锂离子电池石墨负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明具体的涉及一种锂离子电池石墨负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池与原有电池相比，以其能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等特点，在手机、笔记本电脑和电动工具等方面已经迅速普及了。随着各种产品对小型轻量及多功能、长时间驱动化的要求不断增加，锂离子电池容量的提高仍将依赖于材料的发展和完善。因此，长期以来，提高锂离子电池负极材料的比容量、减少首次不可逆容量，改善循环稳定性，一直是研究开发的重点。

锂离子二次电池负极材料目前主要以石墨类为主。其中包括人造石墨和天然石墨类，人造石墨由于加工过程中需要高温石墨化处理，成本较高，提高材料的性价比非常困难；天然石墨有理想的层状结构，具有很高的电容量(接近理论容量372mAh/g)，成本低但其存在结构不稳定，易造成溶剂分子的共插入，使其在充放电过程中层片脱落，导致电池循环性能差，安全性差。

因此，为克服天然石墨和人造石墨各自性能的不足，现有技术都是对天然石墨或人造石墨进行改性处理。日本专利JP10294111用沥青对石墨炭材料进行低温包覆，包覆后需进行不融化处理和轻度粉碎，这种方法难以做到包覆均匀。日本专利JP11246209是将石墨和硬炭颗粒在10～300℃温度下在沥青或焦油中浸渍，然后进行溶剂分离和热处理，这种方法难以在石墨和硬炭表面形成具有一定厚度的高度聚合的沥青层，对于天然石墨结构稳定性的提高将受到限制。日本专利JP2000003708用机械方法对石墨材料进行圆整化，然后在重油、焦油或沥青中进行浸渍，再进行分离和洗涤，单纯从包覆方法看与JP11246209相近。日本专利JP2000182617是采用天然石墨等与沥青或树脂或其混合物共炭化，这种方法能够降低石墨材料比表面积，但在包覆效果上难以达到较佳控制。日本专利JP2000243398是利用沥青热解产生的气氛对石墨材料进行表面处理，这种方法不大可能使被改性材料的形态得到很大改善，因而使电性能的提高受到限制。日本专利JP2002042816以芳烃为原料用CVD法进行包覆或用沥青酚醛树脂进行包覆，这与JP2000182617和JP2000283398在效果上有相似之处。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有的改性天然石墨或人造石墨的制备方法中，改性材料包覆不均匀、不易提高结构稳定性、电性能提高有限等缺陷，而提供了一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法及由其制得的锂离子电池石墨负极材料。本发明的锂离子电池石墨负极材料放电容量和首次充放电效率高，循环寿命长；其首次放电容量在355mAh/g以上，首次充放电效率在92％以上，循环性能400周80％以上。其制备方法中，工艺简便易行，原料来源广泛且成本低。

本发明涉及一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其包含下列步骤：①将天然石墨和非晶炭前驱物混合，在400～600℃加热进行天然石墨的表面包覆处理；②将步骤①得到的物质进行炭化处理；③将步骤②得到的物质和导电剂按照90∶10～99∶1的质量比混合，即可；其中，天然石墨与非晶炭前驱物的质量比为80∶20～95∶5，炭化处理的温度为900～1600℃。

其中，所述的天然石墨较佳的为球形天然石墨，如土豆状或球状，平均粒径较佳的为5～30μm，优选15～25μm；所述的天然石墨与非晶炭前驱物的质量比优选90∶10；所述的非晶型炭前驱物较佳的为石油沥青、煤沥青或酚醛树脂，优选石油沥青。因此步骤②得到的物质为表面包覆非晶型炭的天然石墨，这些非晶型炭较佳的为石油沥青、煤沥青或酚醛树脂炭化所得的非晶型炭，优选石油沥青炭化所得的非晶型炭。

本发明中，所述的炭化处理的温度优选1000～1250℃。所述的导电剂可选炭黑、气相生长炭纤维或细颗粒人造石墨，优选细颗粒人造石墨。

本发明的制备方法中，上述各优选条件在不违背本领域常识的基础上可任意组合，即制得本发明的各较佳实例。

本发明进一步涉及由上述制备方法制得的锂离子电池石墨负极材料。较佳的，其平均粒径为5～30μm，比表面积在4.0m2/g以下。本发明优选的锂离子电池石墨负极材料的性能参数如表1所示。

表1

由此可见，本发明的锂离子电池石墨负极材料，有效地降低了比表面积，提高了克容量和放电效率，其制成的扣式电池的综合性能优良。

除特殊说明外，本发明涉及的原料和试剂均市售可得。