[发明专利]一种锂离子电池复合石墨负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，具体是一种锂离子电池复合石墨负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池凭借其高比能量、高工作电压、充放电速度快、循环寿命长、安全无污染等优点，己经成功取代其他二次电池，成为移动电话、笔记本电脑和摄录像机等小型电子产品的主要能源；锂离子电池大大地推动了电动汽车的产业化进程，许多国家也己经全面启动锂离子电池在军事和航空航天领域的开发，这就对锂离子电池提出来了更高的要求；随着科技发展，电子产品和新能源汽车对能量密度以及高功率更加地关注，尤其是能源汽车对高功率即能快速充放电有很大的要求，因此近年来针对石墨的改性处理已经成为锂离子电池的研究热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工序简单、放电容量高并且放电稳定性高、高密度的锂离子电池复合石墨负极材料及其制备方法，克服现有技术中，人造石墨材料循环性能和一次充电容量低、天然石墨表面吸液性差、对电解液要求高的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种锂离子电池复合石墨负极材料，由以下质量份的原料组成：人造石墨原材料100份、天然石墨原材料55～65份，粘结剂3～7份。

所述锂离子电池复合石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将人造石墨原材料与天然石墨原材料和粘结剂按100:(55～65):(3～7)的质量比进行混料，使其混匀备用；

(2)惰性气体中，将步骤(1)中混匀后的物料，放入低温表面改性反应釜中，升温至500～550℃，恒温180～240min，得到包覆体；

(3)惰性气体中，将步骤(2)的包覆体于900～1200℃进行炭化处理；

(4)将步骤(3)中经过炭化处理的包覆体，进入融合设备中利用粘结剂进行常温表面改性，其中融合时间为120～180s，转速25Hz～40Hz；

(5)将步骤(4)中常温改性后的包覆体于2400～3000℃进行石墨化处理，得到锂离子电池复合石墨负极材料。

作为本发明进一步的方案：步骤(1)中所述的人造石墨原材料为煅烧石油焦，平均粒径D50为7～10μm；所述的天然石墨原材料为经过整形处理，形貌相对规整的石墨材料，平均粒径D50为6～9μm；所述的粘结剂为高温改质沥青，混料时间45～60min。

作为本发明再进一步的方案：步骤(2)中，升温速率为1.9℃/min，升温时间160～200min；搅拌的转速为25～35r/min，惰性气体为氮气，流量3.0±0.5m³/h。

作为本发明再进一步的方案：步骤(3)中，在惰性气体保护下进行炭化处理，温度在900～1200℃，最佳温度1100℃，炭化时间为12～16h。

作为本发明再进一步的方案：步骤(4)中，所述的粘结剂为高温改质沥青，融合体粒径D50为16～23μm；融合体的物料填充体积为65～80％。

作为本发明再进一步的方案：步骤(5)中，所述石墨化处理的时间为50～70h，石墨化处理最佳温度为2800℃。

作为本发明再进一步的方案：步骤(3)的炭化处理结束之后还包括筛分和粉碎处理；所述的筛分采用普通振动筛或超声波振动筛。

作为本发明再进一步的方案：所述锂离子电池石墨负极材料的平均粒径D50为16～23μm。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过将两种不同主料与一定比例的高温改质沥青混料，然后进行加热混合低温包覆处理，这种方法对产品进行包覆改性，然后经过炭化处理后，又通过融合进行常温表面包覆改性、球化，可增加产品的振实密度，使颗粒形貌更加规整，后再经过石墨化处理，提高电池材料的电性能；本发明的锂离子电池复合石墨负极材料的电容量高，具有较高的振实密度，兼顾了沥青的优点使得材料具有优异的充电倍率性能及循环性能；本发明制备方法得到的锂离子电池石墨负极材料属于多层 包覆，能形成更致密的外壳结构，防止电解液溶剂共嵌入到石墨层间，同时电解液在嵌入到炭和石墨材料中更加畅通，循环性能增加；经检测，其电化学性能如下：(1)首次放电容量在355mAh/g以上；(2)放电平台及平台保持率较高；(3)较高的克容量、倍率性能及循环性能，500次循环实验，容量保持>91％；(4)适用于高能量密度的聚合物、方型和圆柱电池；(4)加工制备方法比较简单，适合工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施例2人造复合石墨的一百倍扫描电镜图。

具体实施方式