[发明专利]石墨负极材料、其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供石墨负极材料、其制备方法和锂离子电池。所述方法包括以下步骤：(1)对石墨进行粉碎，得到纳米化石墨；(2)将纳米化石墨与辅料混合得到浆料，将所述浆料造粒，得到粉末；(3)将粉末在保护性气氛下进行加热处理，得到所述石墨负极材料。本发明提供的制备方法流程短，成本低，通过粉碎纳米化处理解决了石墨难提纯的问题，更小的一次颗粒有助于缩短锂离子的迁移路径，使得倍率性能有明显提升；通过喷雾造粒获得规则的球形结构解决了传统天然石墨负极取向性各异的问题，提供了更多的嵌脱锂位点，避免了局部过膨胀的问题，球形结构也有益于材料后续的加工应用。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，涉及一种负极材料及其制备方法和锂离子电池，尤其涉及石墨负极材料、其制备方法和锂离子电池。

背景技术

随着环境问题的频发和传统化石能源的不断减少，人类对可持续发展的呼声越来越高，作为新的环境友好型的电动汽车便迎来了蓬勃发展的历史契机。锂离子动力电池作为电动汽车中最关键的部件之一，也理所当然的成为了当下研究的重点。石墨凭借其低且稳定的放电平台、优异的循环性能以及成本上的优势长期占领着锂电商用负极市场。天然石墨作为石墨类负极中的一种，天生就有着容量高，成本低的优势，长期占领着锂电商用负极市场。

一种石墨负极材料的制备方法，通过将微米级的天然鳞片石墨微粉与粘接剂混合，在喷雾造粒机上干燥得到粉体，经热处理得到天然石墨负极。然而，该天然石墨负极材料只是宏观上的取向各异，微观上存在石墨微晶横卧，锂离子迁移路径长的问题，所以天然石墨负极材料的倍率性能还有待提升。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供石墨负极材料、其制备方法和锂离子电池。本发明提供的石墨负极材料为高倍率、低应变、长寿命的石墨负极材料，本发明提供的制备方法工艺简单，生产成本低廉，在市场需求旺盛的动力电池领域极具商业应用前景。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

对石墨进行粉碎，得到纳米化石墨；

将所述纳米化石墨与辅料混合得到浆料，将所述浆料造粒，得到粉末；及

将所述粉末在保护性气氛下进行加热处理，得到所述石墨负极材料。

本发明提供的制备方法通过粉碎纳米化消除了石墨(尤其是天然石墨)高取向性的问题，同时使得石墨内部的机械应力得到了很好的释放，造粒成球则为锂离子提供了丰富的嵌脱通道，使得制备的负极材料具有高倍率、低应变、长寿命的性能。

本发明中，所述加热处理对于不同的原料其具体处理方法不同，纯度高的原料碳化就可以，纯度低的原料需要石墨化。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述石墨为天然石墨。

优选地，所述天然石墨包括微晶石墨和/或鳞片石墨尾料。

使用微晶石墨既容易实现高容量，又具有低成本的优势。

作为本发明优选的技术方案，所述粉碎为气流粉碎。本发明中，气流粉碎的优势在于气流粉碎提供的冲击能量更高，粉碎效果更好，可以将质地较软的石墨类材料实现纳米化，同时，气流粉碎原理是石墨颗粒间的碰撞冲击，不会有新的金属等异物引入。采用气流粉碎纳米化的方法解决了天然微晶石墨难提纯的问题，更小的一次颗粒有助于缩短锂离子的迁移路径，使得倍率性能有明显提升。