[发明专利]一种复合焦基石墨负极活性材料及其制备和应用

说明书

本发明属于负极材料领域，具体涉及一种复合焦基石墨负极活性材料的制备方法，将包含高硫石油焦、复合处理剂、粘结剂A的复合料预先在保护气氛、T1温度下进行第一段保温处理，再在P1压力、T2温度下进行第二段保温处理，获得高硫焦基碳；所述的复合处理剂包括(NH₄⁺)nX和M_aY_b；所述的X为阴离子，1为250～550℃，T2为700～1200℃；P1小于或等于0.1atm；将针状焦和粘结剂B复合在保温气氛、T3段温度下进行保温处理，制得针状焦基碳；将高硫焦基碳、针状焦基碳复合成型后进行石墨化处理，随后降温至T4温度并采用冷却介质进行淬冷处理，制得所述的复合焦基石墨负极活性材料；其中，T4为1200～750℃。本发明还包括所述制备方法制备的材料及其应用。本发明所述的材料，具有优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于锂电池电极材料技术领域，特别涉及一种负极材料。

背景技术

锂离子电池是新型绿色可充放电电池体系的典型代表，并且因其优异的使用性能，在多个领域有着广泛的应用。锂离子电池负极材料的综合性能是实现长循环寿命、高能量密度的关键。石墨材料因其脱锂电位低、理论嵌锂容量高、循环稳定性良、可逆性良好等优点，是锂离子电池实现商业化的关键。而当前商品化的锂离子电池负极材料依然是以石墨为主，包括天然石墨与人造石墨。天然石墨矿产量丰富，但是天然石墨的纯化工艺对设备要求高，天然石墨表面的活性基团丰富，导致其与电解液发生副反应带来锂源损失。此外，天然石墨的各向异性需要通过特殊的工艺加以优化，以提升其使用性能，加工成本高、快充性能不好。人造石墨一般采用沥青包覆焦碳(石油焦、针状焦等)进行改性。当前国内石油焦的供应失衡，高硫石油焦产量增加，低硫石油焦的供应严重不足。因此，实现高硫石油焦基碳负极材料对于扩大锂离子电池应用领域、降低负极材料生产成本意义重大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明第一目的在于，提供一种复合焦基石墨负极活性材料的制备方法，旨在基于低成本的焦制备得到高性能特别是超级快充性能和耐高温的负极活性材料。

本发明第二目的在于，提供所述的制备方法制得的具有高压实、高容量、快充性能的人造石墨负极材料。

本发明第三目的在于，提供所述的制备方法制得的人造石墨负极材料在快充锂二次电池中的应用，以及制得的锂二次电池。

高硫焦指硫含量大于或等于3％的含硫焦，由于硫含量高，且主要以有机硫的形式存在，其转化以及再利用的难度大。将其制备负极时，采用常规的低硫焦制备工艺，难于有效转化其中的高含量的有机硫，不利于制备的负极的性能，特别是不利于其倍率以及极限条件下的循环性能。针对该问题，本发明提供以下解决方案：

一种复合焦基石墨负极活性材料的制备方法，将包含高硫石油焦、复合处理剂、粘结剂A的复合料预先在保护气氛、T1温度下进行第一段保温处理，再在P1压力、T2温度下进行第二段保温处理，获得高硫焦基碳；

所述的复合处理剂包括(NH₄⁺)nX和M_aY_b；所述的X为阴离子，所述的n为X的化合价绝对值，所述的M为过渡金属元素，所述的Y为阴离子元素，a为Y的化合价绝对值，b为M化合价绝对值；

T1为250～550℃，T2为700～1200℃；P1小于或等于0.1atm；

将针状焦和粘结剂B复合在保温气氛、T3段温度下进行保温处理，制得针状焦基碳；

将高硫焦基碳、针状焦基碳复合成型后进行石墨化处理，随后降温至T4温度并采用冷却介质进行淬冷处理，制得所述的复合焦基石墨负极活性材料；

其中，T4为1200～750℃。