[发明专利]一种超高容量球形石墨负极材料及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及球形石墨负极材料，尤其涉及一种锂电池用的球形石墨及其生产方法。

背景技术

天然鳞片石墨经粉碎、球化、分级、再提纯得到高纯度的球形石墨，用于锂二次电池极大提高了锂电池的电化学性能，解决了在电池充放电过程中石墨单片层易脱落，体积变化较大及不安全的问题，广泛的应用于手机、电脑、电子书、DVD、矿灯、便携式电子产品如MP5等。但随着全球各国对环境保护的日益重视，绿色环保的锂动力公交车，锂动力小轿车受到各国政府的高度重视，并受到消费者的亲睐。根据汽车的续行里程及寿命、安全的需要，对锂离子电池的各项材料的各种质量指标要求越来越高，其中负极材料的比容量和循环寿命提出了更高的要求，而为了能够普及推广，要求成本也越来越低。于是提高石墨类碳材料的比容量和延长循环寿命对于锂动力电池的应用发展显得十分重要。而根据石墨六方晶体系层状结构的特点，其结构决定了理论比容量为372mAh/g,如何能突破其理论容量，大幅提高碳材料的比容量和循环效率将直接决定动力电池能否提高其能量密度，缩小体积，扩大应用范围。

专利号201110454027和201110122267及一种石墨烯改性负极材料及其制备方法专利号201310265626一种石墨烯改性碳负极材料及其制备方法中将石墨烯和石墨球和纳米硅按一定比例混合来制备负极材料，石墨烯产量小，价格十分昂贵，大批量应用于锂离子电池来提高电化学性能同时提高了其生产成本，现阶段技术不成熟的情况下，石墨烯直接大批量应用于锂离子电池还不现实，其昂贵的价格也限制了它的普及应用。

CN101087021A提供一种石墨负极材料及其生产方法，是用人造石墨作为原料，其比容量也只有350mAh/g，远小于石墨的理论比容量370mAh/g.

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种超高容量球形石墨负极材料及其生产方法。本发明与普通产品相比具有更高的比容量和循环稳定性。

为了解决上述技术问题，一种超高容量球形石墨负极材料，所述球形石墨具有土豆形或类球形的微观结构，土豆形颗粒表面平均散布着石墨单片层碎片，外部包裹一层硬碳外壳，颗粒与颗粒之间散布石墨单片层或多片层碎片，颗粒平均粒径3～50μm，比表面积2.0～186m²/g，振实密度0.2～1.5g/cm³。

一种所述的超高容量球形石墨负极材料的生产方法，所述方法包括：将球形石墨加入反应罐中，加入一定量相匹配表面能的有机溶剂：即丙酮、乙醛、乙醇、甲醛中的一种，搅拌并开启超声波，超声搅拌约0.3～8小时；再加入包覆剂和稀释剂剧烈搅拌，球形石墨、包覆剂和稀释剂之质量比1：0.1～0.5：0.5～2；将混合液调至粥状；装入石墨匣钵中，通入保护气体，送入碳化炉中进行碳化碳化炉的温度在0～1200℃，碳化时间为8～24小时；冷却后经粉碎，筛分即得到超高容量球形石墨负极材料。

所述的一种超高容量球形石墨负极材料的生产方法，所采用的球形石墨为中位粒径为3～50微米，振实密度为0.95～1.1g/ml。

所述的一种超高容量球形石墨负极材料的生产方法，所述相匹配表面能的有机溶剂是N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺DMA、丁内酯GBL、1，3-二甲基-2-咪唑啉酮DMEU、苯甲酸苄酯中的一种或几种。

所述的一种超高容量球形石墨负极材料的生产方法，所述相匹配的有机溶剂和球形石墨的质量比是球形石墨：有机溶剂＝1：0.5～2。

所述一种超高容量球形石墨负极材料的生产方法，所加入的包覆剂为液态酚醛树脂、呋喃树脂、尿醛树脂、环氧树脂、聚糠醇树脂、聚苯酚和有机聚合物热解碳PFA、PVC、PVDF、PAN中的一种或几种混合。

所述一种超高容量球形石墨负极材料的生产方法，所述的碳化所需的保护气体为氦气，氖气，氩气，氪气、氙气、或氮气中的一种。