[发明专利]高倍率石墨负极材料的制备方法、负极材料和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种高倍率石墨负极材料的制备方法、负极材料和锂离子电池，所述方法包括：将碳材料、粘接剂和导电剂混合制备浆料；对浆料进行喷雾干燥造粒或挤压混捏造粒，得到粒度大小为5μm～30μm的颗粒；将颗粒置于回转烧结炉内，在惰性气氛下进行烧结，保温时间为两小时，冷却至室温后得到块状材料；将块状材料打散至颗粒大小为5μm～30μm；使用液体沥青或树脂对打散的材料进行浸泽,再将浸泽后的材料置于回转烧结炉内，在惰性气氛下进行烧结，并将得到的材料再次打散至颗粒大小为5μm～30μm,在3000℃～3300℃进行石墨化处理，即得到高倍率石墨负极材料。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其涉及一种高倍率石墨负极材料的制备方法、负极材料和锂离子电池。

背景技术

在目前商业化的锂离子电池负极材料中，碳负极材料包括石墨，软碳和硬碳，其中就克容量而言，石墨容量最高，理论容量为372mAh/g,目前实际容量发挥高达360mAh/g以上，正是因为碳材料具容量高、嵌/脱锂可逆性好、电位平台低以及循环性能优良等优点，其作为是3C类电子产品的主要负极材料并且得到了广泛应用。

然而锂离子只能从石墨层的边缘，即平行于石墨层的方向进出石墨层结构，无法从垂直石墨层的方向进出，因此锂离子进出石墨层的扩散系数小，直接导致锂离子电池较差的倍率性能。此外，在高倍率下充放电时，当锂离子来不及扩散进入石墨层间时，锂离子集中在负极电极表面并被还原成活性极高的金属锂枝晶。金属锂枝晶容易与电解液反应，消耗电解液，使电池容量降低，严重缩短了电池的循环寿命；金属锂枝晶聚集到一定程度还可能造成电池的内部短路而导致安全事故。

因此，解决石墨负极材料的倍率性能，不论从充放电速度上来说，或者是安全性能上以及电池寿命的考虑，都是十分必要和迫切的。目前，电动汽车领域更是对下一代锂离子电池的能量密度、功率密度、寿命提出了更高的要求，人们对纳米孔、微米孔石墨和多边形石墨等方面进一步开展了多方面的研究，以期解决锂离子电池高功率的需求，然而并没有达到预期效果。因此，从锂离子电池功率密度上考虑以及业界对高功率密度锂离子电池的迫切需求，开发高功率密度同时兼顾高能量密度的锂离子电池意义重大。

通常解决石墨类负极材料的倍率性能主要通过打孔，减小颗粒尺寸和表面改性的方法。比如专利CN103682282A是将金属和/或金属化合物负载在石墨上；将负载有催化剂的石墨与反应气进行反应，得到具有多孔结构的石墨负极材料，采用这种方法置备得到的材料虽然能够增加碳材料中锂离子进出通道，但是材料的比表面积增加，影响初始效率和全电池的能量密度。

发明内容

本发明实施例提供了一种高倍率石墨负极材料的制备方法、负极材料和锂离子电池。该制备方法采用颗粒状的碳材料，通过喷雾干燥等方式造粒，再通过沥青或者树脂等液相浸泽的方式将颗粒中的缝隙填补，以制备实心结构的石墨负极材料。保证了颗粒的强度，能够实现较高的压实密度，在大幅提高倍率性能的同时也可以保证能量密度，倍率性能大幅提高。

第一方面，本发明实施例提供了一种高倍率石墨负极材料的制备方法，包括：

将60wt％～98wt％的碳材料、0.01wt％～25wt％的粘接剂和0.01wt％～15wt％的导电剂混合制备浆料；

对所述浆料进行喷雾干燥造粒或挤压混捏造粒，得到粒度大小为5μm～30μm的颗粒；

将所述颗粒置于回转烧结炉内，在500℃～1000℃的惰性气氛下进行烧结，保温时间为两小时，之后冷却至室温，得到烧结后的块状材料；

将所述块状材料打散至颗粒大小为5μm～30μm；

使用液体沥青或树脂对所述打散的材料进行浸泽；

再将浸泽后的材料置于回转烧结炉内，在500℃～1000℃的惰性气氛下进行烧结，保温时间为两小时，之后冷却至室温，并将得到的材料再次打散至颗粒大小为5μm～30μm；