[发明专利]高容量高倍率锂电池负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池材料及其制备方法，尤其是一种高容量高倍率锂电池负极材料及其制备方法。

背景技术

蓄电池是世界上广泛使用的一种化学“电源”，目前蓄电池主要有镍镉电池、镍金属氢化物电池、镍锌电池、铅酸电池、锂电池等。其中，锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。其最早于1912年由GilbertN.Lewis提出并研究。随着社会的不断发展、进步，人类生活质量的提高，数码产品得到了普及，锂电池作为数码产品和高端仪器产品中重要的电能供能源也逐步被人们所重视广泛。

与其他几类蓄电池相比，锂电池的优点在于：

(1)高能量密度，锂电池的重量是相同容量的镍镉或镍氢电池的一半，体积是镍镉的40-50％，镍氢的20-30％；

(2)高电压，一个锂电池单体的工作电压为3.7V(平均值)，相当于三个串联的镍镉或镍氢电池；

(3)无污染，不论生产、使用和报废，锂电池不含有且不产生诸如镉、铅、汞之类的有害金属元素和物质；

(4)循环寿命高，在正常条件下，锂电池的使用寿命可达到6年以上，锂电池的充放电周期可超过500次；

(5)无记忆效应，记忆效应是指镍镉电池在充放电循环过程中，电池的容量减少的现象，而锂电池不存在这种效应；

(6)快速充电，使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器可以使锂电池在一至两个小时内得到满充。

锂电池负极材料对锂电池性能的提高起着至关重要的作用。目前，锂电池负极材料大体分为以下几种：第一种是碳负极材料，如人工石墨、天然石墨、中间相碳微球、石油焦、碳纤维、热解树脂碳等；第二种是锡基负极材料；第三种是含锂过渡金属氮化物负极材料；第四种是合金类负极材料；第五种是纳米级负极材料；第六种是纳米氧化物材料。其中，石墨是最早用于锂电池的碳负极材料，其导电性好，结晶度高，具有完整的层状晶体结构，很适合锂离子的嵌入与脱出，因此，石墨材料是现有技术中采用最多的锂电池负极材料。将石墨应用于锂电池负极材料，要求石墨负极材料做成极片后，压实高，吸液性好，且组装成的电池容量高，倍率好。

为解决此类问题，中国专利201410855276.8，公开了一种锂离子电池改性软碳负极材料及其制备方法。本发明在软碳粉末颗粒内部掺杂石墨烯粉末颗粒，同时，石墨烯粉末颗粒分散负载于所述软碳粉末颗粒表层的纳米包覆材料涂层中形成纳米导电碳层。其制备方法是：将软碳原料与石墨烯材料进行混合研磨至0.3μm-4μm后进行预烧，将预烧后的材料在溶剂中导电剂、粘结剂进行高速混合，将混合后的软碳材料真空干燥后在保护气氛下进行热处理得到改性软碳负极材料。利用该方法制备改性软碳负极材料可逆比容量大于360mAh/g、效率大于85％，且具有优良的快速嵌、脱锂能力，倍率性能和循环性能有较大改善。但是，本发明中粘结剂的含量较高，粘结过程复杂，一定程度上限制了循环性能更大的改善。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种高容量高倍率锂电池负极材料，所述石墨负极材料在等静压设备内经超高压力进行压制，所需粘结剂量低，具有高的倍率与容量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种高容量高倍率锂电池负极材料的制备方法，包括下述步骤：

(1)将针状焦与粘结剂在高速搅拌机中搅拌均匀，搅拌速度为500-1000r/min，搅拌时间为20-30min；

(2)将搅拌后的混合物在等静压机100-200MPa的压力下进行压制，得到初压块；

(3)将初压块在氮气氛保护下加热500-1000℃，烧制10-20小时，烧制完成后自然冷却至室温，然后将半成品块进行破碎和整形，得到碳粉；

(4)将碳粉高温石墨化，石墨化温度为2500-3000℃，自然冷却，然后进行除铁筛分，得到高倍率，高容量，高压实的石墨粉。

另，所述步骤(1)中选用针状焦的D50为4-6μm。

再有，所述步骤(1)中的粘结剂为沥青或焦油或树脂中的任一种或任一组合。

且，所述步骤(1)中针状焦与粘结剂的的质量百分比为7:3～4:1。

同时，所述粘结剂在高速搅拌前需高温软化。

进一步，一种高容量高倍率锂电池负极材料，采用上述的方法制备得到。