[发明专利]一种石墨负极材料、锂离子电池及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种石墨负极材料、锂离子电池及其制备方法和应用。石墨负极材料的制备方法包括如下步骤：微晶石墨粉、鳞片石墨粉和粘合剂的捏合物进行炭化处理和石墨化处理，即可；其中，捏合物中，微晶石墨粉与鳞片石墨粉的质量比为1：(1.5～4)；粘合剂的质量占微晶石墨粉和鳞片石墨粉的总质量的百分数为1％～9％；炭化处理的温度为1600～1900℃。采用本发明的石墨负极材料制得的锂二次电池充放电容量、首次放电效率和容量保持率均较高，表面阻抗低，倍率、低温性能、大电流放电性能和安全性能均良好。

技术领域

本发明涉及一种石墨负极材料、锂离子电池及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、体积小、质量轻、无污染、快速充放电、循环寿命长等优异性能，是21世纪发展的理想能源，被广泛应用于移动电话、笔记本电脑、数码摄像机和便携式电器等领域。随着电子信息产业的迅猛发展，各种产品对锂离子电池小型化、轻量化的要求不断提高，对锂离子二次电池大容量、快速充电等高性能的要求也日益迫切。锂离子电池容量的提高主要依赖碳负极材料的发展和完善，因此提高锂离子电池负极材料的比容量、减少首次不可逆容量及改善循环稳定性一直是研究开发的重点。

石墨微粉是锂离子二次电池负极材料的主要原料。天然石墨有理想的层状结构，具有放电容量高(接近理论容量372mAh/g)，成本低等优势，但其结构不稳定，易造成溶剂分子的共嵌入，使其在充放电过程中层片脱落，导致锂离子二次电池循环性能差，安全性差。为了克服天然石墨性能上的不足，现有技术中，常对天然石墨进行改性处理。但采用粘合剂包覆石墨材料的各种改进方法中存在包覆不均匀，难以形成一定厚度高度聚合的粘合剂层，石墨材料的形态无明显改善等缺陷，进而不能有效提高石墨类负极材料的放电容量和首次放电效率，也不能有效改善循环性能。现有技术中有采用沥青对石墨炭材料进行低温包覆，包覆后需进行不融化处理和轻度粉碎，这种方法难以做到包覆均匀。也有将石墨和硬炭颗粒在10～300℃温度下在沥青或焦油中浸渍，然后进行溶剂分离和热处理，这种方法难以在石墨和硬炭表面形成具有一定厚度的高度聚合的沥青层。当采用机械方法对石墨材料进行圆整化，然后在重油、焦油或沥青中进行浸渍，再进行分离和洗涤，单纯从包覆方法看也无法形成具有一定厚度的高度聚合的沥青层。利用沥青热解产生的气氛对石墨材料进行表面处理，这种方法不大可能使被改性材料的形态得到很大改善，因而使电性能的提高受到限制。

因此，本领域亟需开发一种首次放电容量和首次放电效率高，循环性能良好的锂离子电池负极材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中采用粘合剂包覆石墨材料时，包覆不均匀，难以形成一定厚度高度聚合的粘合剂层，石墨材料的形态无明显改善等缺陷，进而不能有效提高石墨类负极材料的首次放电容量和首次放电效率，也不能有效改善循环性能等缺陷，而提供一种石墨负极材料、锂离子电池及其制备方法和应用。采用本发明的石墨负极材料制得的锂二次电池充放电容量、首次放电效率和容量保持率均较高，表面阻抗低，倍率、低温性能、大电流放电性能和安全性能均良好。

为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种石墨负极材料的制备方法，其包括如下步骤：

微晶石墨粉、鳞片石墨粉和粘合剂的捏合物进行炭化处理和石墨化处理，即可；

其中，所述捏合物中，所述微晶石墨粉与所述鳞片石墨粉的质量比为1：(1.5～4)；所述粘合剂的质量占所述微晶石墨粉和所述鳞片石墨粉的总质量的百分数为1％～9％；所述炭化处理的温度为1600～1900℃。

本发明中，所述石墨负极材料的原料可不包括石墨化催化剂。本领域技术人员均知石墨化催化剂可提高负极材料的首次放电容量，而本发明采用微晶石墨和鳞片石墨结合本发明的制备工艺，在不使用石墨化催化剂的条件下依然可以制得首次放电容量高的石墨负极材料。