[发明专利]一种锂离子电池用高容量碳负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池领域，具体涉及锂离子电池负极材料中碳负极材料人造石墨的制备。

背景技术

石墨类碳负极材料具有充放电电压平台低、成本低以及放电容量高等优势，是目前商业化锂离子电池主要采用的负极材料。石墨类碳负极材料主要包括天然石墨和人造石墨。天然石墨由于其存在发达的层状结构，在锂离子嵌入时发生电解液溶剂的共嵌入，引起石墨层状结构的破坏，循环性能较差。而人造石墨晶体结构主要为3R型，可以抑制溶剂化锂离子共嵌入石墨层中，循环性能好，倍率性能也较天然石墨优异，目前广泛用于高端3C产品电池和动力电池领域。但是与天然石墨相比，普通人造石墨存在放电容量偏低(335-350mAh/g)，无法满足高能量密度锂离子电池的需求。因此，高容量型人造石墨制备技术开发成为碳负极材料研发的热点。

石墨化程度是影响碳材料放电容量的关键因素之一。石墨化程度越高，材料放电容量越高。如高纯天然石墨材料，石墨化度大于99％，其放电容量可达360mAh/g以上，接近石墨负极材料的理论容量。而人造石墨生产一般以生焦、煅后焦、沥青为原料，其中含有大量硫分、灰分等杂质，影响材料石墨化过程，造成材料晶体结构中才在大量缺陷，影响锂离子的嵌入-脱出，造成放电容量较低。因此，提高材料石墨化程度是提升人造石墨放电容量的重要手段之一。日本日立化成在中国专利CN103190018公开了一种人造石墨制备方法，其应用钛、铁、硅等的碳化物或氧化物做为石墨化催化剂，促进材料石墨化程度提升，材料放电容量达360mAh/g以上。但是大量无机类催化剂的应用可能增大材料的灰分杂质，并造成材料孔洞的增多，影响电池的循环性能。

另外，原料中大量挥发分、硫分、灰分等杂质的存在，亦可造成材料存在大量裂纹、孔洞等结构缺陷，比表面积增大，造成负极材料首次充放电效率降低，影响负极材料容量发挥。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的上述问题，提供一种用于锂离子电池碳负极材料的高容量人造石墨的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于锂离子电池碳负极材料的高容量人造石墨的制备方法，所述方法包括以下步骤：

A、将原料焦炭等进行粉碎、球化后，在800～1000℃非氧气氛下纯化2～10hr，接着在2800～3000℃高温石墨化不小于24hr，得到“一次石墨化”后的高纯原料；

B、采用包覆剂对已纯化的高纯原料进行包覆浸渍，再次在2800～3000℃高温条件下进行“二次石墨化”，时间不小于24hr。

在上述技术方案中，步骤A中“一次石墨化”后的高纯原料石墨化度不小于97％，灰分小于0.1％。

在上述技术方案中，步骤B中包覆剂可以是沥青、树脂、导电性聚合物中的一种或几种；步骤A、B中石墨化温度在2850～2900℃，时间48～120hr。

“二次石墨化”后产品石墨化度大于99％，灰分小于0.05％。

由于采用了以上的方案，使本发明具备的有益效果在于：

采用二次石墨化技术，首先利用高温石墨化提纯已球化的原料，消除原料中影响材料结晶的杂质成分，然后再利用包覆剂对原料充分包覆浸渍，弥补一次石墨化时材料产生的裂纹、孔洞等缺陷，通过再次石墨化后得到石墨化程度高、结构密实完整的人造石墨材料，提高材料的首次充放电效率，使放电容量大于360mAh/g，远高于普通人造石墨的335-350mAh/g，满足高能量密度锂离子电池负极材料的需求。

具体实施方式

下面用具体实施方式对本发明作更详细说明。

实施例一

本实施例第一步将原料焦炭进行粉碎、球化后，在800℃温度非氧气氛下纯化5hr，接着在2800℃非氧气氛下高温石墨化48hr，得到“一次石墨化”后的高纯原料。第二步采用沥青对已纯化的高纯原料进行包覆浸渍，再次在2800℃高温条件下进行“二次石墨化”48hr，得到人造石墨产品。该样品石墨化度99.2％，灰分0.03％，首次放电容量362mAh/g。

实施例二

本实施例第一步将原料焦炭进行粉碎、球化后，在1000℃温度非氧气氛下纯化10hr，接着在2800℃非氧气氛下高温石墨化120hr，得到“一次石墨化”后的高纯原料。第二步采用沥青对已纯化的高纯原料进行包覆浸渍，再次在2900℃高温条件下进行“二次石墨化”120h_r，得到人造石墨产品。该样品石墨化度99.5％，灰分0.01％，首次放电容量365mAh/g。

实施例三