[发明专利]类球形低膨胀高容量石墨负极材料、制备方法及锂离子电池

说明书

本发明公开了一种类球形低膨胀高容量石墨负极材料的制备方法，制备方法步骤如下：将富碳物质原料磨粉，得到体积平均粒径D50为0.1～30um一次颗粒A；将一次颗粒A与第一添加剂按照质量比100：0.2～300的比例加入并进行机械分散混合，再加入第二添加剂进行机械均质聚合，第二添加剂与一次颗粒的质量比为0.1～300:100，得到前驱体B；将前驱体B在惰性气氛且控制住400～2000℃温度条件下，热处理反应1～6小时；再在2500～3200℃温度条件下，石墨化处理12～48小时；最后筛分，得到类球形低膨胀高容量石墨负极材料。该方法制得高压实、高容量、低膨胀率的石墨负极材料。

技术领域

本发明涉及锂离子电池的技术领域，特别涉及类球形低膨胀高容量石墨负极材料、制备方法及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、体积小、快速充放电、循环寿命长等优异性能，已广泛应用于数码、便携式设备、电动汽车和储能电站。特别是数码电子领域，由于设备体积小，电池空间受限，对锂离子电池的能量密度及膨胀提出了严格要求。

目前，锂离子电池主要以人造石墨为负极材料，市面常见的人造石墨类负极材料主要有一次颗粒和二次颗粒两种类型。对于相对于一次颗粒，二次颗粒由于具有较低的取向度OI值，因此倍率性能较佳、膨胀小。但随着移动智能设备越来越纤薄化，常规二次颗粒石墨负极的膨胀特性、比容量已不能满足高端制品的需求，因此需要改变目前常规二次颗粒结构石墨的造粒工艺。

对于取向度较高的人造石墨负极，当锂离子嵌入或脱出时，在不同的方向上产生不同的形变应力，形变应力得不到相互抵消进而在某些方向上产生表观膨胀，从而造成用电设备变形、甚至损坏。为了获得较低的膨胀，一般通过增大二次颗粒的复合程度或提高二次颗粒的球形度来实现。对于前者，目前业内已广泛采用，但改善效果不明显，且生产工艺可控性差、经济性差、对材料的容量、加工性能等也产生不利影响。而对于后者，虽然二次球形颗粒一直是业内的研究热点和方向，但是可实现高容量的球形人造石墨规模制备技术仍未被攻克。

专利CN106495144A将原料焦与包覆材料混合后进行热聚合包覆，然后再复合造粒得到表面包覆复合人造石墨炭负极材料，这种方法一定程度上提高了材料的快充性能，但是颗粒结构不具备超低膨胀特点，且工艺复杂，实现稳定控制困难。专利CN105633408A将碳材料、粘接剂和导电剂混合成浆料后进行喷雾干燥造粒或挤压混捏造粒，再经过烧结、打散、浸渍、烧结、再打散和石墨化得到高倍率石墨负极材料，这种材料虽然具有类球形的形貌和高倍率特性，但是比容量低、制备流程复杂、成本高昂。鉴于此，亟需开发一种工艺简单、颗粒结构完整、球形度高、复合程度高、高容量的新型低膨胀类球形人造石墨负极材料。

为此，我们提出了一种类球形低膨胀高容量石墨负极材料、制备方法及锂离子电池。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种类球形低膨胀高容量石墨负极材料、制备方法及锂离子电池，该制备方法采用颗粒双相自聚合方式球化造粒，能够明显降低粘结碳含量，得到高压实、高容量、低膨胀率的石墨负极材料。本发明可得高造粒度和球形度的石墨负极材料，石墨负极材料的颗粒体积中值粒径D50为0.5～60μm,,球形度为0.5～1。且该石墨负极材料是由若干不规则子颗粒构成，子颗粒的数量为1～100个，子颗粒的体积中值粒径D50为0.1～30μm。

为实现上述目的，本发明提供了一种类球形低膨胀高容量石墨负极材料的制备方法，制备方法步骤如下：

(1)、将富碳物质原料磨粉，得到体积平均粒径D50为0.1～30um一次颗粒A；

(2)、将一次颗粒A与第一添加剂按照质量比100：0.2～300的比例加入并进行机械分散混合，再加入第二添加剂进行机械均质聚合，第二添加剂与一次颗粒的质量比为0.1～300:100，得到前驱体B；其中，机械分散混合和机械均质聚合均是在剪切线速度不小于2m/s的滚动或转动设备中完成的。