[发明专利]一种锂离子电池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负极材料及其制备方法。

背景技术

中间相碳微球石墨化产品是一种优良的锂离子电池负极材料，近年来，锂离子电池在移动电话、笔记本电脑、数码摄像机和便携式电器上得到了大量应用。锂离子电池有能量密度大、工作电压高、体积小、质量轻、无污染、快速充放电、循环寿命长等方面的优异性能，是21世纪发展的理想能源。中间相碳微球作为锂离子二次电池的负极材料，具有电位低且平坦性好、比重大、初期的充放电效率高以及加工性好等特点。理论上LiC₆的可逆储锂容量可达到372mAh/g，中间相碳微球的可逆储锂容量却只有310mAh/g左右，能量密度低。普通人造石墨粉形状不规则，比表面积大(通常＞5m²/g)，导致材料加工性能差，首次效率低，灰分比较高，而且不易保证批次稳定。

随着电子信息产业的迅猛发展，各种产品对小型化、轻量化的要求不断提高，对锂离子二次电池大容量、快速充电等高性能的要求日益迫切。锂离子电池容量的提高主要依赖炭负极材料的发展和完善，因此提高锂离子电池负极材料的比容量、提高材料的压实密度、减少首次不可逆容量及改善循环稳定性一直是研究开发的重点。

因此，为克服中间相碳微球和普通人造石墨各自性能上的不足，现有技术都是对中间相碳微球或人造石墨进行改性处理。文献：（1）《材料研究学报》Vol.21No.4P.404-408(2007年)报道了催化热处理锂离子电池用中间相炭，有效地缓解了碳表面的不可逆电化学反应；（2）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。

上述文献报道的改进方法的不足是，或者制取过程复杂化，或者添加的成分不易获得，或者产品收得率不十分显著，提高了生产成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题克服了现有技术中的锂电子电池负极材料制备过程复杂，压实密度小等缺陷，提供一种简便易行，电容量和充放电效率高，压实密度大的锂离子电池负极材料及其制备方法。

本发明提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，其包括如下步骤：①将中间相碳微球生球，针状焦生焦粉及石墨化催化剂混合均匀；其中，所述的中间相碳微球生球的粒径为20μｍ～30μｍ，所述的针状焦生焦粉的粒径为10～20μm；所述的中间相碳微球生球，针状焦生焦粉，石墨化催化剂的用量的质量比为80：10：10～10：85：5；②进行石墨化高温处理，所述的石墨化高温处理的温度为2800～3200℃。

其中，步骤①中所述的中间相碳微球生球是本领域常规，一般指由沥青经液相聚合反应而制备的中间相碳微球生球，如煤焦油沥青或石油沥青制备的中间相碳微球生球。

其中，较佳的，所述的中间相碳微球生球的粒径为20μｍ～25μｍ；所述的中间相碳微球生经过粉碎分级处理获得。

其中，较佳的，所述的针状焦生焦粉的粒径为10～15μm。

其中，较佳的，所述的中间相碳微球生球，针状焦生焦粉及石墨化催化剂混合均匀的设备是悬臂双螺旋锥形混合机。

其中，所述的石墨化催化剂为本领域常规的石墨化催化剂；所述的石墨化催化剂较佳的为碳化硅、铁的碳化物、硼的碳化物、二氧化硅，铁的氧化物，锡的氧化物和硼的氧化物中的一种或多种；所述的硼的氧化物较佳的为B₂O₃，所述的锡的氧化物较佳的为SnO₂。

所述的石墨化催化剂更佳的为碳化硅和/或铁的氧化物；所述的铁的氧化物较佳的为Fe₂O₃。

其中，较佳的，所述的中间相碳微球生球，针状焦生焦粉，石墨化催化剂的用量的质量比为70：20：10～20：75：5。

其中，较佳的，所述的石墨化高温处理的温度为3000～3200℃；所述的石墨化高温处理的时间为24～48小时。

其中，较佳的，所述的石墨化高温处理按照常规在惰性气体氛围下进行，所述的惰性气体较佳的为氮气；所述的石墨化高温处理在石墨化加工炉中进行。

本发明还提供一种如上述制备方法制得的锂电池负极材料。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

本发明的积极进步效果在于：本发明的制备方法简便易行，原料来源广泛，制备的产品比表面积低，压实密度高，容量发挥和循环较好。