[发明专利]电极负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池的电极材料及其制备方法，特别是一种用于锂离子电池的负极材料及其制备方法。

背景技术

随着国民经济的快速发展和人民生活水平的提高，我国对原油的依赖度与日俱增，已对我国能源安全构成直接威胁。另外，原油的价格波动也直接影响到国民经济的发展，迫使人们不得不寻找和发展新能源。动力电池和电动汽车的发展被放在越来越重要的位置，而制约电动车大规模应用的重要因素是动力电池。锂离子电池以其高能量密度、高电压、无污染、大于500次循环的长循环寿命、快速充放电等方面的优异性能和日趋降低的制作成本，逐步成为未来10～20年内电动车的首选电池。但是它的缺点是价格较贵。此外，动力型锂离子电池的体积较大，安全性能也相应变差。由此可见，价格与安全性能是制约使用锂离子电池作为动力电池的主要瓶颈。负极材料是锂离子电池的主要材料之一，它的价格对电池的最终价格产生重要的影响，其在电解液中的稳定性和热传导性对电池的安全性也有很大的影响。现有技术制备锂离子电池负极材料往往需要复杂的改性处理，生产成本较高，制约了锂离子动力电池的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种电极负极材料及其制备方法，要解决的技术问题是提高锂离子电池的安全性，降低生产成本。

本发明采用以下技术方案：一种电极负极材料，由基体和包覆它的包覆层组成复合材料，所述基体为含碳量在99.9％以上的石墨类材料，形状为球形、长短轴比为1.0～4.5的类球形块状和片状的一种以上，基体含有纳米微孔或纳米孔隙，纳米微孔或纳米孔隙的尺寸为10～500nm，孔隙率在0.5～20％，真实密度为2.0～2.26g/cm³；所述包覆层为非石墨碳材料，包覆层的质量为基体质量的大于0至20％；所述复合材料的平均粒度D₅₀为3.0～50.0μm，比表面积为1.0～20.0m²/g，复合材料粉体压实密度为1.50～2.15g/cm³；所述石墨类材料为天然晶质石墨、天然隐晶质石墨、天然结晶脉状石墨、人造石墨、碳微球和导电石墨的一种以上；所述非石墨碳材料是易石墨化的软碳、有机物热解炭或气相沉积碳；所述易石墨化的软碳是软化点30～300℃的煤沥青、石油沥青、煤焦油、石油工业重质油和重质芳香烃中的一种以上；所述有机物是高分子聚合物聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、丙烯酸树脂和聚丙烯腈中的一种以上，或高分子导电聚合物为聚噻吩，聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯、聚并苯，聚噬吩、聚苯撑、聚苯撑乙烯和聚双炔中的一种以上。

一种电极负极材料的制备方法，包括以下步骤：一、氧化/还原处理石墨类材料，将石墨类材料以0.1～100℃/min的速度升温，同时以0.05～10m³/h的流量通入氧化/还原气体或氧化/还原气体与惰性气体的混合气体，温度达到100～1000℃；所述石墨类材料为天然晶质石墨、天然隐晶质石墨、天然结晶脉状石墨、人造石墨、碳微球和导电石墨的一种以上；二、降温至100℃以下，停止通入氧化/还原气体或氧化/还原气体与惰性气体的混合气体；三、以氧化/还原处理后的石墨类材料为石墨基体，进行固相包覆或液相包覆易石墨化的软碳或有机物热解炭，热解成非石墨碳材料，得到电极负极材料，包覆层的质量为石墨基体质量的大于0至20％；易石墨化的软碳是软化点30～300℃的煤沥青、石油沥青、煤焦油、石油工业重质油和重质芳香烃中的一种以上；所述有机物是高分子聚合物聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、丙烯酸树脂和聚丙烯腈中的一种以上，或高分子导电聚合物为聚噻吩，聚苯胺、聚乙炔、聚吡咯、聚并苯，聚噬吩、聚苯撑、聚苯撑乙烯和聚双炔中的一种以上。

本发明的对所述电极负极材料采用100℃以下加热或真空干燥方法使电极负极材料水分含量在0.1％以下。

本发明的对所述电极负极材料进行除磁，除磁1～20次，磁感应强度为3000～30000Gs，处理温度为10～80℃，电磁锤H击频率为3～180次/秒，然后进行筛分，得到平均粒度D₅₀为3.0～50.0μm的电极负极材料。

本发明的氧化/还原处理石墨类材料时，以大于0至20rpm的转速旋转氧化/还原石墨类材料的炉腔。

本发明的氧化/还原处理石墨类材料时，温度达到100～1000℃时，保温大于0至6h。

本发明的降温采用在炉壁和炉壁内的导热层之间通入压缩空气的方式或炉内自然降温的方式。