[发明专利]一种高容量高压实密度锂离子电池石墨负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高压实密度锂离子电池石墨负极材料的制备方法。

背景技术

电子信息时代使对移动电源的需求快速增长，由于锂离子电池具有高电压、高容量的重要优点，且循环寿命长、安全性能好，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景，成为近几年广为关注的研究热点。目前商品化的锂离子电池负极材料主要为碳材料，其中天然石墨导电性好，结晶度高，具有良好的层状结构，适合锂的嵌入-脱嵌形成锂-石墨层间化合物，充放电容量高，充放电效率高，不可逆容量低，具有良好的充放电电位平台，成为目前锂离子电池应用最多的负极材料。但石墨材料的缺点也很明显，一是石墨间距d₀₀₂≤0.34nm，小于石墨插层化合物Li-GIC的晶面间距d＝0.37nm，致使在充放电过程中，石墨层间距改变，造成石墨墨片剥落、粉化，导致电循环性能不理想；二是与电解液的相容性较差；三是其振实密度比较低。为了克服石墨材料的上述不足，对石墨材料进行改性已成为近年来碳负极研究的热点。

从目前的研究现状来看，单位重量碳材料的放电容量发挥已接近理论值，因此在电池体积一定的情况下，如果要获得更高的体积比能量，则需要更高的压实密度，而现有的材料，在高压实下条件下存在吸液不足、没有足够的充放电通道、容量发挥不完全及循环膨胀跳水等问题，因此围绕如何在保证高容量循环性能优良的前提下提高压实密度展开了广泛的研究，如谢秋生、乔永民等以包覆炭化加催化石墨化的方式制得了压实密度不小于1.70g/cm³的石墨负极材料(中国专利授权公告号CN102339988A)，然而其制得的负极材料的压实密度还是不够高(小于1.8g/cm³)，并且容量发挥也未到370mAh/g，未能充分体现高压实高容量的优点，并且制作过程较麻烦、成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压实密度锂离子电池石墨负极材料的制备方法，要解决的问题是使负极材料具有更高的放电容量和压实密度。

原料选择固定碳含量在80％～90％，需足够的杂质保证其逸出时留下相应的孔洞；球化可改变其电化学性能，再通过纯化石墨化使石墨结构由无序变得有序，增加了其与电解液的形容性，材料的比容量得到更好地发挥。

本发明采用以下技术方案：对高灰分天然鳞片石墨进行球化，制得球形石墨，再对球形石墨进行高温纯化和高温石墨化处理，利用其灰分在高温纯化时逸出留下的微孔得到一种多孔高容高压实的石墨负极材料；

所属的制备方法包括以下步骤：

(1)对天然鳞片石墨使用超微粒子造球机进行球化，球化时磨盘转速为2000-4800rpm/min，球化时间为20-40min，制得平均粒径5-30μm的球形石墨；

(2)将制得的球形石墨放入纯化石墨化设备中进行处理；具体处理方式为将材料放入炉体的石墨坩埚中，以5-200℃/min的速度升温，当炉内温度达到1000-1500℃时，以1-5m3/h的流量通入氮气，以5-200℃/min的速度继续升温至1500-2200℃，同时以1-5m3/h的流量通入氯气，直至温度升至2200-3300℃时停止加热，保温5h，再改以1-5m3/h的流量通入氮气，5-15h，纯化石墨化过程完成，制得所需锂离子电池石墨负极材料。

所述天然鳞片石墨的固定碳含量为80％～90％，平均粒径为60-100μm，最大颗粒可以通过80目筛网。

所述的纯化石墨化设备为艾奇逊炉。

通过本发明制得的石墨负极材料，压实密度高，极片压实密度在1.75-1.95g/cm3之间，粉体压实密度在1.8-2.1g/cm3之间，放电比容量高，大于370mAh/g，平均粒径为5-30μm，吸液性能良好，适合目前锂离子电池对高比容量和高倍率性的要求，并且价格低廉，操作简单。

附图说明

以下结合附图说明本发明材料的相关性能。

图1是本发明使用的超微粒子造球机构示意图。图中标记：1、夹套(加热、冷却)、2、定子，3、循环回路，4、投料口，5、出料阀，6、出料口，7、磨块，8、转子。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明

实施例1