[发明专利]一种改性天然石墨负极材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种改性天然石墨负极材料及其制备方法和用途。本发明首先在真空下将天然石墨内部的空气排出，然后在高温高压下，低粘度的沥青溶液不仅可以包覆在天然石墨表面，而且还可以浸入其内部各蜷曲鳞片石墨层表面，再通过高温加热聚合反应使低软化点沥青转变为中间相沥青，最后采用等静压技术进一步将中间相沥青与天然石墨内部各蜷曲鳞片石墨层压实，使天然石墨内部没有缝隙；中间相沥青属于易石墨化碳，在石墨化过程中能确保在天然石墨内部各蜷曲鳞片石墨层上包覆有人造石墨，最后将其与沥青混合后实现无定型碳的包覆。通过上述方法可以实现对天然石墨内部各蜷曲鳞片石墨层和天然石墨外部表面的同步改性整合。

技术领域

本发明涉及锂离子电池碳负极材料技术领域，特别是涉及一种改性天然石墨负极材料及其制备方法和用途。

背景技术

锂离子电池具有比容量高、工作电压高、安全性好、无记忆效应等一系列的优点，广泛应用于3C产品、动力装置和储能设备等领域。近年来，随着电子产品及车载与储能设备对小型化、轻量化及多功能、长时间驱动化的要求不断提高，对锂离子电池高能量密度化、高倍率性能且长循环寿命的要求不断提升。

负极材料作为电池核心部件之一，对电池综合性能起着关键性作用。目前商品化锂离子电池的负极材料仍然是石墨类材料占主导地位，人造石墨虽然循环性能好，但其本身的容量低、价格昂贵，增加了动力电池的制造成本。天然石墨因其高的充放电容量、良好的充放电平台、来源广泛、成本低而得到广泛应用。但天然石墨存在结构不稳定，尤其在含PC电解液充放电过程中容易造成石黑层片脱落，导致电池容量衰减和安全性差等问题，导致电池的充放电效率降低、循环性能差以及安全性差等缺点。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种改性天然石墨负极材料及其制备方法和用途。本发明的改性天然石墨负极材料的首次库仑效率高、循环寿命长，特别适合含碳酸丙烯酯(PC)电解液的电池，其可以代替人造石墨制作锂电池负极材料，从而大大降低成本。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种改性天然石墨负极材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)分别称取天然石墨、沥青和有机溶剂备用；

(2)将沥青添加到有机溶剂中，搅拌使沥青充分溶解，得到沥青溶液；

(3)将天然石墨放入反应釜，反应釜抽真空，加入步骤(2)的沥青溶液，同时对混合液搅拌，加压浸渍，待加压浸渍完毕后，减压使反应釜内外压力相同后，通入氮气，加热去除有机溶剂；

(4)当步骤(3)的反应釜中的有机溶剂全部排出后，反应釜加压、升温，保压保温一段时间使沥青热聚合成中间相沥青后，冷却到室温出料；

(5)将步骤(4)的物料等静压成型后进行石墨化处理，粉碎；

(6)将步骤(5)的粉碎后物料与沥青混合，碳化处理，得到所述改性天然石墨负极材料。

根据本发明，步骤(1)中，所述沥青为石油沥青、煤焦油沥青、天然沥青中的任一种或两种的混合物，沥青的软化点为60～90℃、喹啉不溶物含量≤1％。

根据本发明，步骤(1)中，所述天然石墨的形状为球形、近似球形、卵圆形、土豆形中的至少一种，所述天然石墨的表面有开口的缝隙。所述的天然石墨的D₅₀为5～17μm，碳含量≥80.0％。

根据本发明，步骤(1)中，所述的有机溶剂为烃类溶剂，例如为洗油、萘油、酚油的任一种或两种的混合物。

根据本发明，步骤(2)中，所述的沥青：有机溶剂：天然石墨质量比为(15～35)：(100～300)：100，优选(20～30):(100～250)：100。

根据本发明，步骤(2)中，所述搅拌的转数为20～80r/min。