[发明专利]一种高容量快充石墨负极材料的高效制备方法

说明书

本发明涉及新能源领域，尤其涉及一种高容量快充石墨负极材料的高效制备方法，包括以下步骤：（1）将石墨前驱体与粘结剂按照一定的质量比混合均匀得到混合物；（2）将上述混合物在反应器中边搅拌边低温处理造粒，得到二次颗粒；（3）将上述得到的二次颗粒在惰性气体的条件下，高温进行石墨化处理，冷却至室温，出炉；（4）混料筛分，即可得到表面包覆硬碳的高容量快充石墨材料。本发明克服了现有技术开发的石墨负极材料无法兼顾高容量快充性能和工艺高效简捷的缺陷，能够实现多工序合并简化的优点，同时制备得到的材料具备优异的高容量快充性能。

技术领域

本发明涉及新能源领域，尤其涉及一种高容量快充石墨负极材料的高效制备方法。

背景技术

随着人们对纯电动汽车和混合动力汽车的需求日益增加，在追求锂电池的高容量性能的同时，也对快充性能提出了极高的要求。在动力电池工艺中，为了实现高容量兼顾高倍率性能，电池的负极设计时采用高面密度工艺，因此需要负极材料具备更高的快充性能。石墨负极目前仍是锂电池负极材料的重要商用材料，主要包括人造石墨、天然石墨和中间相碳微球三大类，虽然石墨材料具备高能量密度、良好的导电性以及优异的热稳定性和化学稳定性，但是石墨材料的理论层间距较小(约0.3354nm)，无法满足大倍率电流的充电，尤其是在高面密度的负极设计条件下，容易出现“析锂”现象，严重影响电池的容量性能和安全性能。

提高石墨负极材料倍率性能的途径包括颗粒设计和表面包覆，其中颗粒设计包括小颗粒化和二次颗粒化，主要通过缩短锂离子的传递路径和增加锂离子的传递通道，实现快充性能提升；表面包覆则是在石墨表面形成一层无定型炭，增加石墨表面碳层的层间距，降低锂离子在石墨表面的传递阻力和传输通道，增加快充性能。因此具备表面碳包覆的二次颗粒石墨通常具备较高的快充性能。

中国专利201410787061.7和201410784385.5分别采用天然石墨和石墨前驱体与沥青混合-造粒-石墨化，虽然获得了较好的二次颗粒结构，但粘结剂沥青作为一种软碳前驱体，尽管具备良好的流动性和粘结性，但在高温石墨化过程中易被石墨化，其最终性能与石墨相差无异。

专利201811647596.9采用造粒-石墨化-包覆-碳化处理，表面形成无定型碳层，快充性能优异，但会影响材料的最终容量和使用压实，且工序复杂，耗能高，商业化成本高。硬碳前驱体，如树脂类材料作为石墨包覆材，经过碳化后具备比软碳更大的层间距和更高的无序化度，具备更高的容量和更优异的快充性能。

中国专利200910067337.3和采用硬碳前驱体包覆石墨和中国专利201010611532.0用树脂和沥青混合包覆石墨，都使石墨获得较高的电化学性能，但硬碳前驱体的挥发份多，导致最终材料的比表高，首效低。

中国专利201710683450.9采用硬碳前驱体如树脂等作为造粒粘剂，但由于其与石墨的亲和性差，粘结效果不佳，形成的二次颗粒结构较差。

中国专利201010160292.7采用煤沥青或者石油沥青为粘结剂与天然石墨进行造粒后，在200-300度进行氧气或空气进行预氧化，将煤沥青或者石油沥青转变成硬碳前驱体，获得表面包覆硬碳的二次颗粒，但操作复杂，工艺成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于为了克服现有技术开发的石墨负极材料无法兼顾高容量快充性能和工艺高效简捷的缺陷，能够同时顾及高容量快充性能和工艺高效简捷的一种高容量快充石墨负极材料的高效制备方法。

为实现上述发明目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种高容量快充石墨负极材料的高效制备方法，包括以下步骤：

(1)将石墨前驱体与粘结剂按照一定的质量比混合均匀得到混合物；

(2)将上述混合物在反应器中边搅拌边低温处理造粒，得到二次颗粒；

其中造粒的温度曲线包括3个阶段：