[发明专利]一种催化石墨化的石墨负极材料的制法及其材料

说明书

本发明公开了一种催化石墨化的石墨负极材料的制法，其特征在于，包括以下步骤：将石油焦颗粒、粘接剂和碳化硅边投料边搅拌得到混合料，在搅拌下程序升温加热一段时间进行包覆改性得到改性混合料，对改性混合料进行冷却以及石墨化，得到催化石墨化的石墨负极材料；在石墨化之前在改性混合料中掺入三氧化二铁颗粒，粘接剂为高温沥青、改性沥青中一种或多种。与现有技术相比，本发明采用催化石墨化的方法提高了石墨化程度、避免了石墨层脱落，所得石墨负极材料具有循环性能好、电性能好等优点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料石墨制备技术领域，特别涉及一种催化石墨化的石墨负极材料的制法及其材料。

背景技术

当前，主要的锂离子电池负极材料有以下几种：石墨化碳材料、氮化物、硅基材料、锡基材料、新型合金，而大规模商品化的锂离子电池负极只有两大类，就是石墨类碳材料和钛酸锂(LTO)。锂离子电池市场上基本采用炭素石墨材料作为负极材料，石墨具有导电性好、结晶度高、良好的层状结构，碳材料的石墨化是在2200-3000℃高温下进行的，通常用电加热实现的。但是，目前采用较多的艾奇逊石墨化炉以及石墨化单向送电的工艺原因，使得碳材料在石墨化过程中，炉腔内各个位置温度不一，而温度的高低会直接影响到碳材料的石墨化度，石墨化度的高低也会导致其克容量及首效。石墨材料导电性好，结晶度较高，具有良好的层状结构，适合锂的嵌入-脱嵌，放电比容量可达300mAh/g以上，充放电效率在90％以上，不可逆容量低于 50mAh/g，着眼未来，负极材料的发展重点将向着高比容量、高充放电效率、高循环性能和较低成本的方向发展。但是，由于石墨层间距小(d002≤0.34nm)，致使在充放电过程中，石墨层间距改变，易造成石墨层剥落、粉化，还会发生锂离子与有机溶剂分解，进而影响电池的循环性能，石墨化是一种非晶向晶态转变的固相反应这种相变阻力很大，容易形成亚稳态，使石墨化难以进行。

有鉴于此，确有必要开发一种催化石墨化的方法以提高石墨化程度、避免石墨层脱落、循环性能好、石墨化顺利完成的一种催化石墨化的石墨负极材料的制法及其材料。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提供一种催化石墨化的石墨负极材料的制法及其材料，采用催化石墨化的方法提高了石墨化程度、避免了石墨层脱落，具有循环性能好、电性能好等优点。

本发明为达到上述目的所采用的技术方案是：

一种催化石墨化的石墨负极材料的制法，包括以下步骤：将石油焦颗粒、粘接剂和碳化硅边投料边搅拌得到混合料，在搅拌下程序升温加热一段时间进行包覆改性得到改性混合料，对改性混合料进行冷却以及石墨化，得到催化石墨化的石墨负极材料。

进一步地，还包括在石墨化之前在改性混合料中掺入三氧化二铁颗粒，搅拌均匀，三氧化二铁颗粒用量为全部物料重量的8-15％。

进一步地，所述的粘接剂为高温沥青、改性沥青中一种或多种。

进一步地，所述的改性沥青包括如下重量份的组分经混合搅拌均匀、剪切搅拌、混料而得：沥青62-72份、缩合多环多核芳香烃(COPNA)树脂10-18 份、镁铝水滑石粒子6-8份；其中，所述的缩合多环多核芳香烃(COPNA)树脂是在对甲苯磺酸的催化下，竹焦油与对苯二甲醇进行反应，合成得到的缩合多环多核芳香烃(COPNA)树脂。

进一步地，所述的在搅拌下程序升温加热一段时间具体为：调节搅拌的频率为10-100Hz，常温至200℃下加热时间0.5-10小时，200℃至400℃下加热时间1-10小时，400℃至600℃下加热时间1-10小时，600℃恒温1-10 小时。

进一步地，所述的混合料中石油焦颗粒的质量份数为68-78份、粘接剂的质量份数为14-17份、碳化硅的质量份数为8-15份。

进一步地，所述的石油焦颗粒为：以石油焦为原料，经过初破、机械磨粉、整形后，得到石油焦颗粒，石油焦颗粒的颗粒大小为7-15um。