[发明专利]一种石墨基复合材料、其制备方法及包含该复合材料的锂离子电池

说明书

本发明公开了一种石墨基复合材料、其制备方法及包含该复合石墨材料的锂离子电池，本发明的方法包括以下步骤：1)按比例将活化的天然石墨和沥青混合均匀，加入融合机内并通入惰性气体，在一定温度下进行融合造粒；2)对融合造粒产物进行碳化处理或者石墨化处理，得到石墨基复合材料。采用本发明的石墨基复合材料制备负极并组装成的电池容量高、倍率性能和循环性能好，首次脱锂比容量在360.1mAh/g以上，首次效率在91.5％以上，成品电池常温充放电循环300周容量保持率大于90％。

技术领域

本发明属于负极材料技术领域，尤其一种石墨基复合材料、其制备方法及包含该复合材料的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池相对于铅酸和镍氢电池而言，具有能量密度高、工作电压高、体积小、质量轻、无污染、安全性好、寿命长等优势，是一种理想的储能器件。近年来，锂离子电池在移动便携设备(手机、笔记本电脑、数码相机、平板电脑等)、储能装置、电网调峰以及车用动力电池方面得到了蓬勃发展，但是，随着社会的进步和科技发展，人们对小型化、轻量化、多功能化的装置需要越来越迫切，也对锂离子电池的性能提出了更高的要求，而锂离子电池的性能的提高却极大的依赖于负极材料的发展和完善。

目前，碳材料是最为成功的商用锂离子电池负极材料，其包括天然石墨、人造石墨以及中间相炭微球(MCMB)等，其中天然石墨具有比容量高、压实密度高、来源广泛、工艺简单等优势，一直占据着负极材料市场的主要地位，但是天然石墨不足也比较明显：首次充放电效率较低，不可逆容量损失较大，对电解液依赖性强，电极膨胀率较大，循环寿命有限等等。

在改善碳负极材料的电化学性能方法中，二次造粒工艺是一种非常有效的途径。二次造粒是具有表面活性的碳前驱体，在粘接剂沥青或者其它有机物的辅助下，高温热处理粘接成二次颗粒的工艺，其能够缩短锂离子的传输路径，提升倍率性能，同时增加各向同性，促使极片的各向膨胀减小等等。

CN 103311520B公开了一种锂离子电池复合石墨负极材料及其制备方法，其包括以下步骤：(1)将球形天然石墨、中间相石墨和石墨化催化剂混合均匀得到混合料；(2)捏合所述混合料和粘合剂得到捏合物；(3)将所述捏合物进行炭化处理，冷却后再进行催化石墨化高温处理；(4)将步骤(3)所得产物进行粉碎、分级，即可；其中，步骤(2)所述的粘合剂为石油沥青和/或煤沥青。所得的复合石墨负极电化学性能好，放电容量在360mAh/g以上，具有高充放电效率，大电流充放电性能好，循环性能佳，安全性好。但是，制备该材料采用的大量的破碎、粉碎工艺会破坏二次颗粒之间的粘结性，同时也会产生大量的活性表面，增加电极片在充放电过程中的副反应。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，为了解决天然石墨首次充放电效率低，不可逆容量损失大，对电解液依赖性强，电极膨胀率较大以及循环寿命较短的缺陷，在保持了其高容量优势前提下，本发明提供了一种石墨基复合材料、其制备方法及包含该复合材料的锂离子电池。采用本发明的石墨基复合材料制备负极并组装成的电池容量高、倍率性能和循环性能好，首次脱锂比容量在360.1mAh/g以上，首次效率在91.5％以上，成品电池常温充放电循环300周容量保持率大于90％。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种石墨基复合材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将活化的天然石墨和沥青混合均匀，得到混合料；

(2)将混合料置于融合机中，于惰性气氛下进行融合造粒，得到融合造粒产物；

(3)对融合造粒产物进行碳化处理或者石墨化处理，得到石墨基复合材料。

本发明的方法通过采用活化的天然石墨和沥青混合，进行融合造粒再进行碳化处理或者石墨化处理，使得到的石墨基复合材料不仅具有很高的首效和比容量、非常好的循环性能，还提升了吸液性能。