[发明专利]一种高容量长循环人造石墨负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石墨负极材料技术领域，具体地说是一种高容量长循环人造石墨负极材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池负极材料以炭材料为主，主要有人造石墨和天然石墨两种。人造石墨有中间相炭微球如CMS和MCMB，还有中间相炭纤维MCF和人造石墨粉。前两种人造石墨是被广泛采用的负极材料，具有颗粒形态好、不可逆容量损失低、循环寿命稳定的优点，但也存在生产成本高、放电容量低的不足，中间相炭微球的放电容量一般在320mAh/g左右。不规则形态人造石墨粉由于存在振实密度低、比表面积高的缺点不适合直接作为负极材料使用。天然石墨原料成本低，其较高的石墨化度使其具有较高的嵌锂能力，但是片状的天然石墨同样存在振实密度低、比表面积高的缺点，不适合直接作为负极材料使用。没有经过改性的天然石墨负极材料首次不可逆容量损失很高，一般会达到10％，在循环时由于发生溶剂共嵌入，造成容量衰减快等问题。经过圆整化和表面处理的天然石墨虽然电性能有明显改善，但仍有电容量衰减较快和生产成本较高的缺点。

长期以来，提高人造石墨的电容量、减少天然石墨的首次不可逆容量损失提高其循环性能一直是研究开发的重点。对于人造石墨负极材料已经开发了各种各样的生产方法，这些方法大都是从原料沥青出发，工艺路线较长，生产成本较高。

日本专利JP10294111用沥青对石墨炭材料进行低温包覆，包覆后须进行不融化处理和轻度粉碎，这种方法难以做到包覆均匀和保持形状。日本专利JP11246209是将石墨和硬炭颗粒在10～300℃温度下在沥青或焦油中浸渍，然后进行溶剂分离和热处理，这种方法难以在石墨和硬炭表面形成具有一定厚度的高度聚合的沥青层，对于石墨结构稳定性的提高将受到限制。日本专利JP2000357506，对炭或石墨粉包覆裂解石墨，裂解石墨来自于烃及其混合物。日本专利JP2000243398是利用沥青热解产生的气氛对石墨材料进行表面处理，这种方法不大可能使被改性材料的形态得到很大改善，因而使电性能的提高受到限制。日本专利JP2002042816以芳烃为原料用CVD法进行包覆或用沥青酚醛树脂进行包覆，这与JP2000182617和JP2000283398在效果上有相似之处。日本专利JP2000182617是采用天然石墨等与沥青或树脂或其混合物共炭化，这种方法能够降低石墨材料比表面积，但在包覆效果上难以达到较佳控制。日本专利JP2003100292，将石墨与沥青混合，在600～800℃温度下进行热处理。而JP200397357是将石墨与重油混合，再进行延迟焦化和热处理。以上两种做法一般要有一个粉碎步骤，会一定程度上影响包覆效果。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的沥青改性石墨负极材料容量效率低、在含PC电解液放电过程稳定性差、容量衰减快的缺陷，采用液相均匀包覆改性、高温石墨化后炭包覆耐PC性能的工艺，提供一种高容量长循环人造石墨负极材料的制备方法。

为实现上述目的，设计一种高容量长循环人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，其包括如下制备步骤：

(1)原料整形处理：将石油焦或沥青焦整形处理成均粒径D50为6～28μm、振实密度为1.10～1.30g/cm³的原料粉末；

(2)第一次混合：将原料粉末与煤焦油或石油焦油在融合机中混合得混合料；所述原料粉末与所述煤焦油或石油焦油的质量比为50∶50～90∶10；

(3)热处理：混合料在惰性气体保护下，以300～700℃进行热处理12～24小时；

(4)石墨化：热处理后的混合料以2800～3200℃，石墨化20～60小时；

(5)第二次混合：石墨化后的混合料再与石油沥青或煤沥青按质量比80∶20～99∶1进行混合；

(6)炭化热处理：在惰性气体保护下，以800～2000℃进行炭化热处理10～50小时，即制得D50粒径在8～30μm，振实密度在1.20g/cm³以上的高容量长循环人造石墨负极材料。

步骤(1)中所述石油焦或沥青焦为煅前石油焦或锻前沥青焦。

所述的原料粉末与煤焦油或石油焦油的质量比为80∶20～90∶10。

所述的热处理的温度为400～600℃。

制备所得的高容量长循环人造石墨负极材料的性能参数为：D50粒径为8～30μm，振实密度≥1.20g/cm³，制成的扣式电池的放电容量≥365mAh/g，制成的扣式电池的首次放电效率≥95％，制成的扣式电池的放电容量(50％PC)≥80％。