[发明专利]一种锂离子电池用人造石墨负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料领域，具体地，本发明涉及一种锂离子电池用人造石墨负极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，锂离子电池在各类笔记本电脑、移动电话、数码摄像机、便携式电子产品及车载与储能设备中得到广泛应用。锂离子电池作为一种新型的可充电电池，具有高电压、高能量密度、环保无污染、无记忆效应等优点，在当今能源日趋匮乏，追求低碳环保的形式下被公认为“21世纪最有前景的理想能源”。目前，商用锂离子电池的关键技术之一在于负极材料的选择和应用，在现有负极材料种类中，石墨类材料由于其具有较低的锂嵌入/脱嵌电位、较高的可逆容量且资源丰富、价格低廉等优点，成为非常理想的商业化锂离子电池负极材料。

石墨类材料之一天然石墨具有比容量高、价格低等优点，在商用负极材料领域得到广泛应用，但同时其存在与电解液相容性差、首次不可逆容量较大、充放电倍率性能差、循环性能较差等缺点，直接影响其在长循环寿命，高倍率性能类锂离子电池中的应用。石墨类材料之一人造石墨由于具有牢固的结构稳定性，优良的嵌锂特性，以及长循环寿命，优异极片加工性能等优点得到业内的广泛肯定和使用。但同时其存在容量偏低、压实密度偏低等缺点，导致其单位成本高，限制了其在锂离子电池负极材料中的广泛应用。

近年来，随着电子产品及车载与储能设备的日益小型化和高性能化，对锂离子电池高能量密度化、高倍率性能且长循环寿命的要求不断提升。因此，开发一种高压实、高能量密度、高倍率性能、长循环寿命的石墨类材料已成为负极材料行业当今研究热点。

CN102339988A公开了一种高压实密度锂离子电池负极石墨材料及其制备方法，该发明在一定程度上提高了石墨材料的容量和压实密度，但是这种方法得到的石墨材料以天然石墨为基材，并未从根本上解决负极材料的长循环寿命和高倍率放电性能。

CN102195036A公开了一种表面改性的石墨化中间相炭微粉及其制备方法，该中间相炭微粉经预粉碎处理、添加催化剂、石墨化、球磨整形处理等步骤，在一定程度上能够提高中间相炭微粉的压实密度和容量，但是这种方法得到的炭微粉容量还是在350mAh/g以下，根本无法满足锂离子电池高能量密度(580Wh/L以上)要求。

因此，开发一种高压实、高能量密度、高倍率性能、长循环寿命，并且制备方法简单，生产成本低的锂离子电池负极材料是所属领域的技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对人造石墨容量偏低、压实密度偏低等不足，提供一种锂离子电池用人造石墨负极材料及其制备方法。本发明的人造石墨负极材料，既可以保持现有技术锂离子电池用人造石墨负极材料牢固的结构稳定性，优良的嵌锂特性，以及长循环寿命，高倍率性，优异极片加工性等优点，同时解决人造石墨负极材料石墨化度低、容量低、压实密度低等问题，从而开发一种高压实、高能量密度、高倍率性能、长循环寿命，并且制备方法简单，便于生产的锂离子电池用人造石墨负极材料。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锂离子电池用人造石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)粉体制备，将碳类材料经物理加工处理得到粉体；

(2)向步骤(1)粉体中加入粘结剂和/或晶核诱导添加剂经混合得到混合物；

(3)将步骤(2)混合物进行模压处理；

(4)将步骤(3)压型品进行热焙烧处理；

(5)将步骤(4)热焙烧处理后压型品进行球化整形和/或融合处理，得到人造石墨负极材料前驱体；

(6)将前驱体进行超高温石墨化处理；

(7)筛分、除磁、筛分，得到。

任选地，所述步骤(4)后进行：(5′)将热焙烧处理后压型品进行超高温石墨化处理；(6′)对超高温石墨化处理压型品进行球化整形和/或融合处理，得到人造石墨负极材料前驱体；(7′)对前驱体进行筛分、除磁，得到人造石墨负极材料。

优选地，所述碳类材料为针状焦、油系焦炭、煤系焦碳、石油渣、增碳剂、无烟煤、焦煤或中间相炭微球中的一种或两种以上的混合，优选为含碳量大于70％、挥发分0.1-30.0％。

优选地，所述粘结剂为沥青和/或树脂类材料。

优选地，所述沥青为煤沥青、石油沥青、改质沥青、中间相沥青中的一种或两种以上的混合，优选地，所述沥青软化点为20-300℃。

优选地，所述树脂类材料为水溶性树脂和/或熔点为30-300℃的树脂。