[发明专利]一种锂离子电池石墨负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池石墨负极材料及其制备方法。

背景技术

随着电子装置的微型化和普及化，越来越需要更大容量的二次电池。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，需要进一步提高电池容量。

天然石墨具有很高的电容量(＞350mAh/g)，但是存在结构不稳定的缺点。当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，由于石墨中存在插入锂，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，产生电池容量降低的问题。

为了解决上述问题，使用天然石墨、沥青等混合及催化石墨化等方法处理可以有效地提高锂离子电池负极材料品质，不但可以提高石墨的可逆储锂容量，而且能够改善材料的循环性能。美国专利US2006001003报道了催化石墨化处理人造石墨类负极材料的方法，能改善快速充放电性能和循环性能。日本专利JP2000-182617将鳞片状天然石墨等高结晶性石墨与沥青混合，经粉碎、炭化、石墨化而制成复合物，可以改善天然石墨的不足，即首次充放电效率高，循环特性优异，容量大和涂布性优异。

上述专利文献公开的石墨负极材料中，扁平形状的石墨易于在复合的粉末和电极中取向，不能阻止电极膨胀，导致材料的锂离子迁移性差，电池容量低于355mAh/g，充放电效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服了现有石墨负极材料放电容量低，循环性能差的缺陷，提供了一种锂离子电池石墨负极材料及其制备方法。本发明的制备方法简单可行，适用于工业化生产，所制得的锂离子电池石墨负极材料电化学性能好，具有高充放电容量和充放电效率，大电流充放电性能好，循环性能佳，充电时只有微小的膨胀，安全性好，对电解液及其它添加剂适应性较好，并且使用该锂离子电池石墨负极材料所制得的锂离子电池产品性质稳定，批次之间几乎没有差别。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其包括下述步骤：①将球形天然石墨于350~450℃下进行加热预处理；②将预处理后的球形天然石墨和石墨化催化剂混合均匀得混合料；③捏合所述混合料和粘合剂得捏合物；其中，所述混合料与粘合剂的质量比为2:1~6:1；④炭化处理，冷却后再进行催化石墨化高温处理；⑤粉碎、分级，即可。

步骤①中，所述的球形天然石墨可选用本领域各种常规的球形天然石墨。所述球形天然石墨的粒径可为本领域此类材料的常规粒径，所述球形天然石墨的体积平均粒径较佳地为12~36μm；所述球形天然石墨的D10较佳地为5.5~23.0μm；所述球形天然石墨的最大粒径较佳地在48.0μm以下。

步骤①中，所述的加热预处理的方法和条件为本领域的常规方法和条件。所述的加热预处理一般是将球形天然石墨置于加热装置中进行加热，以去除球形天然石墨中的挥发分、水分和杂质。所述加热预处理的时间较佳地为3~6小时。按本领域常识，所述加热预处理的气氛为惰性气氛。

步骤②中，所述的石墨化催化剂可选用本领域各种常规的石墨化催化剂，较佳地为硅的碳化物，更佳地为SiC。所述石墨化催化剂的体积平均粒径较佳地为3.5~7.5μm，更佳地为4.0~5.5μm。

步骤②中，所述石墨化催化剂的用量较佳地为球形天然石墨质量的2~12%，更佳地为球形天然石墨质量的4~9%。

步骤②中，所述混合的条件和方法为本领域常规的条件和方法，较佳地采用悬臂双螺旋锥形混合机进行。所述混合的时间较佳地为2.0~3.5小时。

步骤③中，所述的粘合剂指在石墨负极材料领域中常用的能够粘合天然石墨，并且石墨化后能够制成人造石墨的粘合剂，较佳地为石油沥青和/或煤沥青。所述的石油沥青、煤沥青皆可选用本领域各种规格的石油沥青、煤沥青。所述粘合剂较佳地为中温石油沥青和/或中温煤沥青。所述粘合剂的用量可为本领域常规的用量。所述混合料与所述粘合剂的质量比较佳地为3:1~4:1。

步骤③中，所述捏合的条件和方法为本领域常规的条件和方法。捏合处理可以改善天然石墨的加工性能。所述捏合的温度较佳地为120~180℃。所述捏合的时间较佳地为1~10小时。