[发明专利]一种高倍率锂离子电池用人造石墨负极材料的制备方法

说明书

本发明提出了一种高倍率锂离子电池用人造石墨负极材料的制备方法，包括粉碎、表面处理、混合、造粒、石墨化、除磁筛分等步骤，工艺简单便捷，制得的成品结构稳定高效，通过合理的工艺改进，步骤间前后衔接促进，有效提高了人造石墨负极材料的比容量，具有优异的倍率和循环性能，值得市场推广。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法，具体涉及一种锂离子电池用人造石墨负极材料及其制备方法，属于锂离子电池领域。

背景技术

在目前商业化的锂离子电池负极材料中，以石墨为负极材料的锂离子电池占据了主要市场，广泛应用于3C类电子产品。在混合动力车辆中，内燃机与电化学电池的协同组合提供了较高的燃料利用率，这于燃料经济、污染排放控制均大有裨益。如今，靠电池供电的混合动力汽车的生产非常迅速地由演示模型转变为较为成功的商业化产品。然而随着国内外市场动力汽车的突起，对于负极材料的大电流快速充放电即高倍率性能却再一次提出了高要求。

市场应用的石墨类负极材料多为各向异性石墨，其较高的取向性和体积收缩效应限制了锂离子电池的快速充放电性能和循环寿命。人造石墨表面的活性端面较多，在充放电过程中电解液在其表面会发生分解，从而造成不可逆容量增大，首次库伦效率减小。此外，在锂离子移动过程中也会发生溶剂分子共嵌入，破坏人造石墨的结构而使其容量和安全性能降低等问题。

目前，为了提高石墨类材料倍率性能的方法主要有减小颗粒尺寸、造孔和表面改性。如，在中国公开的专利申请CN1691374A中将包覆材料用溶剂溶解后包覆于人造石墨表面，制得的人造石墨负极材料比表面低，首次库伦效率高，但在制备过程中引入了大量的溶剂，工艺复杂，对环境的危害较大；在专利CN1649192A中将高温沥青破碎至2μm以下后与天然石墨进行混合，制得的天然石墨负极材料首次库伦效率达到92％，但在其制备过程中简单的混合包覆效果较差，难以混合均匀，产品质量稳定性差，且粒径要求较高，工艺难度大，操作成本高。

因此，现有技术制备过程中仍存在工艺繁复，产品稳定性差、电学性能无法满足要求等问题，需要进一步对工艺进行完善改进。本发明中通过减小一次颗粒尺寸，二次造粒技术，将石墨前驱体和粘结剂混合、包覆、造粒、石墨化，从而得到各向同性石墨材料，综合质量更佳，且易于实现产业化。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提出了一种高倍率锂离子电池用人造石墨负极材料的制备方法，包括粉碎、表面处理、混合、造粒、石墨化、除磁筛分等步骤，工艺简单便捷，制得的人造石墨负极材料具有二次粒子内部结构稳定、高倍率、长循环的优异性能。

为了实现上述的目的，本发明采用以下的技术方案：

一种高倍率锂离子电池用人造石墨负极材料的制备方法，包括以下具体步骤：

(1)粉碎：将石墨前驱体原料进行粉碎、整形处理得到平均粒径D50为5-13μm的细粉；

(2)表面处理：将(1)中石墨前驱体细粉置于氧化回转窑中进行表面氧化处理；

(3)混合：将(2)中氧化处理后的石墨前驱体细粉与粘结剂共混，两者共混添加的质量百分含量为石墨前驱体细粉70-90％、粘结剂10-30％；

(4)造粒：将(3)中制备好的混合物料置于热包覆反应釜中反应，然后于惰性氛围下进行造粒，筛分，得到造粒产物；

(5)石墨化：将(4)中得到的造粒产物进行石墨化处理，具体石墨化处理方式为：将(4)中的造粒产物直接进行石墨化，得到石墨化样品或先将(4)中的造粒产物进行炭化，然后再进行石墨化，得到石墨化样品；

(6)除磁筛分：将(5)中的石墨化样品进行除磁筛分，即得到成品。

优选的，步骤(1)中石墨前驱体原料为石油焦或沥青焦。