[发明专利]一种沥青液相包覆改性人造石墨的锂电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池电极材料制备领域，具体涉及一种沥青液相包覆改性人造石墨的锂电池负极材料的制备。

背景技术

锂电池与其它二次电池相比，具有工作电压高、能量密度大、放电电压平稳、循环寿命长以及环境友好等优点，已经广泛应用于便携式电子产品和电动工具等领域，并有望成为未来混合动力汽车和纯动力汽车的主要能源供给之一。负极材料是评价锂电池综合性能优劣的关键因素之一。目前商品化使用的锂电池负极材料主要是炭类材料，其包括易石墨化炭、难石墨化炭和石墨。石墨材料导电性好，结晶度高，理论嵌锂容量高，具有良好的层状结构和充放电电压平台，是近年来锂电池重点研究的材料之一。其中，石墨材料又分为天然石墨和人造石墨两大类，相对天然石墨而言，人造石墨的层间距较大，石墨化度较低（≤93%），易石墨化碳是经高温石墨化得到的，故结晶度较低，存在部分乱层结构。同时，人造石墨表面粗糙、多孔，比表面较大，对电解液中的溶剂也较为敏感，使得人造石墨的首次效率和比容量（≤350mAh/g）都较低。针对以上人造石墨作为锂离子电池负极材料本身的一些结构缺陷，为了获得高电化学性能的负极材料，必须对其进行深一步表面的改性和修饰。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的首要目的在于提供一种沥青液相包覆改性人造石墨的锂电池负极材料，该改性的人造石墨负极材料首次效率高达93%和首次比容量达355mAh/g，其首次充放电效率高、比容量高，解决了人造石墨材料在实际制备锂电池负极的应用时存在的不可逆容量损失大、比容量较低的问题。

本发明的另一目的在于提供上述一种沥青液相包覆改性人造石墨的锂电池负极材料。

本发明的再一目的在于提供上述一种沥青液相包覆改性人造石墨的锂电池负极材料应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种沥青液相包覆改性人造石墨的锂电池负极材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）对石油焦进行机械粉碎，然后对粉体进行机械球磨得到微细粉体，并进行细粉分级处理；

   （2）将分级后的微细粉体与3~8质量%沥青粉体进行混合，然后将混合均匀的粉体投入到中温反应釜里反应，最后出料；

（3）将出料粉体经过整形分级机再一次进行整形分级处理；

   （4）将上述所得的产物进行高温石墨化处理，然后再经过分级处理，即可得到人造石墨材料A，所述人造石墨材料A的D50为10μm；

（5）将步骤1所制备的A加入装有一定量的无水乙醇的烧杯中，并搅拌分散10min~30min，得到混合物B；

（6）称取人造石墨A质量的5%~15%的沥青溶解于一定量的四氢呋喃中，高速搅拌0.5~1h，使沥青溶解更充分，过200目的筛，除掉残渣，得到混合液C；

（7）将混合液C缓慢倒入装有混合物B的烧杯中，然后加入无水乙醇调节浆料的固体含量至10~30%，继续搅拌0.5~1h，再将混合液C进行闭式循环喷雾干燥制粉，得到前驱体D；

（8）将步骤（7）得到的前驱体D在惰性气体环境中升温至700~1100℃，恒温保持1~5h，得到所述沥青液相包覆改性的人造石墨负极材料。

本发明使用闭式循环喷雾干燥的方式制备粉体，沥青均匀分散在人造石墨表面上，经过高温热处理后，沥青碳化后形成一层无定形的炭，紧紧包裹着人造石墨，形成一种“核—壳”结构的复合材料。包覆层的存在不仅减低了材料的比表面积，阻止了有机溶剂的进入，达到获得均匀、致密的SEI膜的目的，同时，表面炭材料能固定石墨片，防止石墨表层的脱落，使得材料的首次效率、比容量和循环稳定性得到一定的提高。因此，本发明所制备的改性人造石墨的首次充放电效率高、比容量高、循环性能好。

优选的，在步骤（2）中所述反应的条件，反应釜内温度为500~650℃，釜内搅拌速度为20~50r/min，反应时间是6-10h；步骤（4）中所述的高温石墨化处理，石墨化温度2400℃~3000℃，处理时间36~72h。