[发明专利]人造石墨锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供人造石墨锂离子电池负极材料及其制备方法，制备方法包括步骤：(1)将石油焦或煤系焦进行粉碎后得到前端物料；(2)将前端物料进行石墨化处理，获得石墨化料；(3)将石墨化料与包覆材料混合后在惰性气氛中进行炭化处理，然后过筛，得到炭化物料；其中，包覆材料为树脂或沥青中的至少一种。本发明制备方法中，炭化阶段分别以沥青或树脂作为修饰剂对人造石墨表面进行包覆，沥青或树脂可在人造石墨颗粒的表面包覆一层无定型碳，减少石墨材料活性端面，将其用作锂电池负极材料，可阻止溶剂分子与锂离子共嵌入石墨层间，对内层石墨的结构具有保护作用，可显著提高其电化学性能，具有首次放电比容量高、比表面积小、表面光滑的优势。

技术领域

本发明涉及电池负极材料技术领域，尤其涉及人造石墨锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展和人类生活水平的提高，化石能源作为不可再生资源而被大量的消耗；经济的快速发展需要大量的能源作为支撑，化石能源的使用造成了温室效应、大气污染等一系列问题。所以寻找和开发新的可再生能源代替不可再生能源的消耗迫在眉睫。

然而，锂离子电池具有比能量高、倍率性能好、工作电压高、安全性能好、对环境友好等特点已经被广泛应用于电子设备(无人机，无人运输机)及新能源汽车。对于锂离子电池而言，锂离子电池在使用过程中，正极材料的膨胀较小，负极材料膨胀较大。负极材料的制备是锂离子电池非常关键的技术之一，负极材料的好与坏直接关系到电池小型化、高容量化。目前商品化的锂离子电池负极多为石墨炭材料；其中人造石墨占据了较大的市场份额，但是人造石墨用作锂离子电池负极材料有以下两方面的问题：(1)人造石墨与电解液的相容性较差，电解液里的有机溶剂会随锂离子一起嵌入石墨的层间距，导致石墨层结构剥落，不断重整并生成新的异质SEI膜，出现不稳定的情形，且厚的SEI膜会消耗大量的锂离子(Li⁺)，导致库仑效率差、阻抗高和容量衰减快。(2)人造石墨比表面积(SSA)大、表面不光滑、多孔等因素，导致人造石墨在充放电时形成较多的电解质和固体电解质界面膜(SEI膜)，这也是导致锂电池不可逆容量的损失和循环性能恶化的关键因素之一。

因此，为了改善人造石墨循环性能差、充放电性能差、石墨层易脱落等问题，有必要开发出一种电化学性能良好的人造石墨锂离子电池负极材料。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种人造石墨锂离子电池负极材料及其制备方法，本发明的人造石墨锂离子电池负极材料具有首次放电比容量高、比表面积小、表面光滑的优势。

为实现上述目的，本发明第一方面提供人造石墨锂离子电池负极材料的制备方法，包括步骤：

(1)将石油焦或煤系焦进行粉碎后得到前端物料；

(2)将所述前端物料进行石墨化处理，获得石墨化料；

(3)将所述石墨化料与包覆材料混合后在惰性气氛中进行炭化处理，然后过筛，得到炭化物料；

其中，所述包覆材料为树脂或沥青中的至少一种。

本发明的人造石墨锂离子电池负极材料的制备方法，以石油焦或煤系焦为基础原料，将其进行粉碎、石墨化处理、炭化处理和过筛，其中，炭化阶段分别以沥青或树脂作为修饰剂对人造石墨表面进行包覆，沥青或树脂可在人造石墨颗粒的表面包覆一层无定型碳，减少石墨材料活性端面，将其用作锂电池负极材料，可阻止溶剂分子与锂离子共嵌入石墨层间，对内层石墨的结构具有保护作用，可显著提高其电化学性能，具有首次放电比容量高、比表面积小、表面光滑的优势。

在一些实施例中，还包括步骤(4)将炭化物料与含锂聚合物溶液混合得到液态包覆料，将液态包覆料在1000-1400℃进行二次炭化处理，获得二次炭化料，含锂聚合物与水混合得到所述含锂聚合物溶液。

在一些实施例中，所述含锂聚合物的含量为所述石墨化料与所述包覆材料两种混合物的1-6Wt％。