[发明专利]一种锂离子电池用高性能石墨负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电极领域技术，特别是提供一种利用脉冲除尘器中石油焦 微粉制备锂离子电池用高性能石墨负极材料的方法。

背景技术

近年来随移动通讯及便携电子设备的发展，对提供能源的锂离子电池 性能提出了更高的要求。负极材料对锂离子电池性能有重大影响，尽管Si 基、Sn基等新型高容量负极的研发层出不穷，但因其成本和技术因素迟迟 得不到推广应用。目前，石墨类负极材料因其性能稳定、技术成熟、成本 低等特点依然主导负极市场。

目前，石墨类负极材料的重要的改进方向之一是提高其体积能量密度。 石墨颗粒在循环充放电过程中会发生层间距改变和SEI膜增厚，导致负极 极片会膨胀进而限制体积能量密度的提升。

专利CN103811758A将各向异性石墨原材料通过粉碎、分级、筛分处 理得到平均粒径为2-10μm的超细石墨粉后，再通过二次造粒技术处理，来 提高石墨颗粒的各向同性及石墨颗粒的端面/基面比例，从而来改善材料在 嵌脱锂过程中体积膨胀收缩效应及材料的大电流充放电性能。该制备方法 所用原料为人造石墨或天然石墨，原料粉碎加工成本高，石墨与粘结剂的 复合所需粘结剂比例高，限制了振实密度和比容量的提高，仅从各向同性 角度改善嵌锂速率，倍率性能提高有限。

专利CN105098184A将超细碳粉与粘结剂混合，再与催化剂混合，复 合处理，然后进行石墨化处理，最后进行粉碎、球形化、包覆、筛分，得 到复合石墨。此方法中采用的原料中含有生焦和/或中间相碳微球生球，充 分利用生焦或中间相碳微球生球黏性，降低粘结剂使用量，有利于降低成 本、提高振实、压实密度和比容量。但是该制备方法繁琐，工艺成本高， 造粒的原始粒子粒度太低导致振实密度太低，不到1.0g/cc，进而导致后续 极片的加工性能极差。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，本发明的目的在于提供 一种利用脉冲除尘器中石油焦微粉制备锂离子电池用高性能石墨负极材料 的方法，该方法简单易行，除尘器中的微粉废物再利用，节约成本，易于 规模化工业生产，得到的石墨负极材料能量密度高，吸液保液性能好，循 环性能好，各向同性性能好、大倍率充放性能好、充放电过程中膨胀率 低的特点。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：一种锂离子电池用高 性能石墨负极材料的制备方法，包括有如下步骤：

1)收集正常石墨生产中的整形机、粉碎机中的石油焦微粉，将石油焦 微粉、经过粉碎过的膨胀石墨粉末、中间相碳微球生球、粘结剂以质量比 为1:0.01-0.3:0.7-1.5:0.1-0.2，放入混批机中进行混合0.5-3h，形成固相包覆 混合物，混批机频率30-50HZ；

2)将步骤1)中得到的固相包覆混合物进行石墨化处理，得到锂离子电 池用高性能石墨负极材料。

所述石墨化处理的温度为2700-3200℃。

所述石油焦微粉的粒度D50＝1-5um。

所述膨胀石墨粉末为膨胀石墨进行机械或气流粉碎过的粉末，粒度 D50＝2-10um，灰分小于0.5％，ph＝6-8，中间相碳微球生球挥发份5-20％， 灰分小于0.5％，粒度D50＝10-12um。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体为：本发明 中，通过中间相碳微球生球为核，包覆上石油焦微粉和膨胀石墨， “核”——中间相碳微球各向同性性能优异，可提供更多锂离子嵌入通 道，容量高，但其成本较高，密实的结构导致其吸液和保液性能差。 “壳”——石油焦微粉和膨胀石墨可以形成疏松的多孔结构，利于保液和 更多的锂离子嵌入通道。更甚，膨胀石墨二维层状结构具有优异的导电性 能，利于大电流充放电。然后单纯的石油焦微粉和膨胀石墨结构疏松也会 导致其振实密度低，容量低。本发明的核壳结构将密实的中间相碳微球和 结构疏松的石油焦粉末和导电性优异的多孔膨胀石墨结合起来，既提供更 多锂离子嵌入通道，又保证了成品的比容量、压实、振实，且具有优异的 负极极片加工性能、循环性能和倍率性能。