[发明专利]一种高循环高容量石墨负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池负极材料制作领域，特别是指一种高循环高容量石墨负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池是目前世界上最为理想也是技术最高的可充电化学电池，与其他电池相比，锂离子电池各项性能更为出色，具有体积小、电容量大、电压高等优点，锂离子池目前主要用于手机、笔记本电脑、电动工具、电子产品等方面，未来将运用于电动汽车、电动自行车、航天航空、军事移动通信工具和设备等领域，其需求量将越来越大，并有望在电动汽车领域呈现爆发式增长。

锂离子电池的发展在很大程度上取决于高性能正、负极材料的开发和应用。目前，实用中的锂离子电池主要采用人造石墨(如中间相碳微球MCMB和CMS)为负极材料和过渡金属氧化物(如LiCoO2)为正极材料，这些材料的制备成本都很高。

锂离子电池负极材料以炭材料为主，主要有天然石墨和人造石墨两种，天然石墨和人造石墨用作锂电池负极材料的时候都需要对其进行多次粉碎和球形化处理，但是现有处理方法生产中，原料利用率较低，一般产品收率(材料利用率)仅45％左右，产品形貌也一般，产品批次难以保证稳定，生产过程中的粉尘对环境污染也比较严重。因此提高产品的形貌和原材料的利用率，降低污染和生产成本，开发新的制备工艺，会对锂电池行业产生很大的促进作用。

天然鳞片石墨锂电池负极材料容量高，比普通碳材料高10-20％左右；制造负极材料成本低，由于是理想的石墨晶体结构，不需要高温石墨化过程；天然鳞片石墨是我国的优势矿种，储量占世界的70％左右；天然鳞片石墨加工技术成熟，加工生产线全部自主制造。目前，碳材料是锂电池负极材料的主导材料，在相当长的一段发展时间之内，碳材料是不可或缺的，而天然鳞片石墨负极材料占整个市场的55％，这种趋势随着锂电池生产规模的扩大，天然鳞片石墨基负极材料占比将会进一步增大，需求量也会相应增长。

天然鳞片石墨不适合直接作为负极材料使用，需要对石墨本身和表面进行改性处理。天然鳞片石墨颗粒本身结构松散，多属于叠层堆积体，在液态环境中容易松散，颗粒强度差；石墨颗粒表面憎水亲油，对酸碱盐和化学试剂表现化学惰性，在有机电解质中吸液和持液能力差；石墨晶体在氧化还原环境中，容易发生插层反应，某些有机大分子将随同插层剂进入晶体层间，造成晶体解理和层间距增大而破坏晶体结构。目前，针对石墨本身的改性包括氧化、微膨胀处理，仅停留在学术研究阶段；针对石墨表面的改性主要是无定形碳包覆处理，这是市场主流；另外，还有石墨和其他碳质材料、硅、氧化锡等的掺杂改性，也在不断进入市场。无定形碳包覆天然鳞片石墨一般是采用树脂或沥青等碳的前驱体通过固相或者液相混合的方法进行的，也有的采用丙烷等有机气体通过化学气相沉积的方法进行的，后一种方法因成本较高，没有进入工业化。单独采用树脂或者沥青等前驱体包覆天然鳞片石墨的方法存在的主要问题是：1)颗粒粘接造成结团而降低成品率；2)颗粒包覆完整性难以保证，产品一致差；3)单一的碳质包括碳的品质和孔隙结构对电解质的选择有依赖性，不能满足锂电池市场的全方位需求。

发明内容

本发明提出一种高循环高容量石墨负极材料的制备方法，能够有效制备石墨负极材料，提高效率和质量。

本发明的技术方案是这样实现的：一种高循环高容量石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤a.将天然鳞片石墨和人造石墨按质量分数4:1配比混合，通过粉碎机破碎得到形状无规则的负极材料中间体，然后用气流粉碎机进行精细粉碎，然后分级，在进行沥青表面包覆，1000-1500℃炭化处理，得到中间体颗粒；

步骤b.将中间体颗粒进行提纯至固定碳含量在98％以上并干燥，再浸润酚醛树脂溶液，最后蒸发掉所用的溶剂；将得的石墨在600-800℃氮气保护下预碳化，将预碳化石墨加入沥青焦炭微粉混合，整形粉碎，过筛并磁力除铁；

步骤c.将所得的预碳化石墨在950-1250℃氮气保护下碳化处理，即可得到天然鳞片石墨基负极材；

步骤d.将天然鳞片石墨基负极材在搅拌球磨机加入水和研磨球，开启低速搅拌，再加入分散剂十二烷基苯磺钠和聚乙烯醇；

步骤e.与分散介质混合，添加反絮凝剂调整固含量，再将物料与粘结剂一起置于混浆机中搅拌，开启高速搅拌，将浆料利用刮板式离心机进行离心；

步骤f.将其中大部分的水进行脱除后，得到含有微量水分的负极活性物质，然后再采用带有旋风分离器的干燥装置将其干燥并分离中的细小粉体，即得锂电池负极材料成品。

作为优选，所述的分散介质为酒精，采用聚乙烯醇缩丁醛为粘结剂。