[发明专利]一种高振实密度石墨负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高振实密度石墨负极材料及其制备方法。该材料的制备方法包括下述步骤：(1)天然石墨经整形机处理得到整形物；(2)将整形物与能够石墨化的粘合剂加入到整形机中进行混合，得到混合料；(3)将混合料经等静压处理得到挤压体；(4)将挤压体炭化处理后，经筛分处理，即得；等静压处理的时间为70～120min。利用本发明的方法制得的石墨负极材料的振实密度≥1.40g/cm³，用作电池负极时电池首次放电容量在360mAh/g以上(可高达366.7mAh/g)，循环400周后的循环膨胀率低于10％，产品稳定性高，能够满足高性能锂离子电池对负极材料充放电性能的要求。

技术领域

本发明涉及石墨负极材料领域，尤其涉及一种高振实密度石墨负极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着电子装置的微型化，越来越需要大容量低膨胀的二次电池。特别令人瞩目的是锂离子电池，与镍镉或镍氢电池相比，使用锂离子电池具有更高的能量密度。尽管目前已经针对提高电池容量进行了广泛研究，但是，随着对电池性能要求的提高，需要在提高电池容量的同时进一步降低电芯的膨胀。

作为锂离子电池用负极材料，目前已经研究了例如金属或石墨等颗粒状材料。随着电池容量的增加，特别需要可以以更高的振实密度(例如1.40g/cm³或1.40g/cm³以上)使用的负极材料。

目前，石墨是制备负极材料的主导材料，依据其来源不同石墨可细分为人造石墨和天然石墨，其中天然石墨以其高质量容量、高压实密度、低廉的价格、来源广泛等优势占据着锂电池负极材料市场的主要地位。天然石墨主要是指经鳞片石墨加工获得的球形天然石墨，该材料具有很高的电容量(＞350mAh/g)，但结构不稳定且循环性能较差。同时为了得到更高的电极密度而提高挤压压力时，石墨负极颗粒易于与集流体平行地取向，在整个电极上产生一致的取向，由于产生插入锂的石墨，所以得到的电极易于膨胀。电极膨胀使电池活性物质在单位体积内的可填充量降低，导致产生电池容量降低。

为了改善天然石墨的电化学性能，人们通常通过对天然石墨进行了改性和表面修饰。日本专利JP2000182617将鳞片状天然石墨等高结晶性石墨与沥青或树脂混合，经粉碎、炭化、石墨化而制成复合物。日本专利JP2002373656将具有高度取向的石墨粉末与软化点为250～400℃的中间相沥青熔融混合，然后粉碎、分级、煅烧、石墨化而制成复合物。日本专利JP2003173778将熔融捏合沥青与鳞片状天然石墨复合，进行机械化学、石墨化处理，制备出球形或椭圆形复合石墨材料，该复合材料由石墨芯和石墨包覆壳组成的复合颗粒。上述专利文献中制备得到的均为高压实密度的石墨负极材料在使用时，由于石墨负极材料破裂和暴露出与电解液反应的更多的表面积，加速与电解液的反应，导致充放电效率的降低；另外，由于高压实密度导致颗粒容易破碎，在电极中充当锂离子通道的的空间减少，损坏锂离子迁移性，导致负荷特性下降。

中国专利文献CN108063229A公开了天然石墨基改性复合材料、其制备方法及含该改性复合材料的锂离子电池，方法包括：①对球形天然石墨进行各向同性化处理，采用了冷等静压处理；②粒度控制和整形处理，采用的是分级整形一体机；③对步骤②得到的物料进行内表面和外表面的同步改性；④炭化处理，得到天然石墨基改性复合材料。但是该材料在循环20周后极片的膨胀率在20％以上，一定程度上降低了负极材料在使用过程中的性能。

因此，如何进一步提高石墨负极材料的振实密度从而降低循环膨胀率、提升首次放电容量和循环稳定性成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于为了提高现有石墨负极材料的振实密度，减少石墨颗粒的内部空隙，降低膨胀从而改善材料的循环性能，而提供的一种高振实密度石墨负极材料及其制备方法。