[发明专利]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的原料组合物、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负极材料的发展和完善。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使用的天然石墨有理想的层状结构，具有很高的放电容量(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，为克服天然石墨性能的不足，现有技术都是对天然石墨进行改性处理。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锂离子电池石墨负极材料的制备方法中，沥青对石墨进行包覆难以做到包覆均匀，使电性能的提高受到限制等缺点，而提供了一种锂离子电池石墨负极材料的原料组合物、锂离子电池石墨负极材料及其制备方法。本发明的制备方法产率高，工序简单，产品在获得高容量的同时循环性能也得到改善。

本发明涉及一种锂离子电池石墨负极材料的原料组合物，其包含天然石墨和乳化沥青，天然石墨和乳化沥青的重量配比为60∶40～95∶5；其中，所述的乳化沥青为阳离子乳化沥青或阴离子乳化沥青。

其中，所述的阳离子乳化沥青或阴离子乳化沥青均为本领域常规的阳离子乳化沥青或阴离子乳化沥青。所述的天然石墨为本领域常规的天然石墨，较佳的为球形天然石墨，如土豆状或球状，平均粒径较佳的在5～30μm之间，优选10～25μm之间。所述的天然石墨与乳化沥青的重量配比较佳的为60∶40～90∶10，优选60∶40～80∶20。乳化沥青的油水比较佳的为50∶50～80∶20，优选50∶50～60∶40。

本发明中，所述的锂离子电池石墨负极材料的原料组合物还可以包含常规的添加剂。

本发明中，所述的锂离子电池石墨负极材料的原料组合物为各成分独立、或将各成分分成若干组的多组分套装形式，或者为各成分简单物理混合得到的混合物。

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在天然石墨表面包覆乳化沥青，天然石墨与乳化沥青的种类和用量均同前述的锂离子电池石墨负极材料的原料组合物中所述的种类和用量相同；②将步骤①得到的表面包覆乳化沥青的天然石墨进行炭化处理；③将步骤②制得的物质进行催化石墨化。

步骤①中，较佳的，将天然石墨、乳化沥青和水混匀，蒸发溶剂，即可制得乳化沥青包覆的石墨。其中，所述的水的用量较佳的为天然石墨质量的2～3倍。

步骤②中，所述的炭化处理的方法和条件可为本领域常规的炭化处理的方法和条件，本发明特别优选了炭化处理的温度，炭化处理的温度较佳的为1000～1700℃，优选1300～1700℃。