[發明專利]一種用于鋰離子電池改性石墨負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201110132408.0
• 申請日: 2011-05-20
• 公開（公告）號: CN102227020A
• 公開（公告）日: 2011-10-26
• 發明（設計）人: 田東
• 申請（專利權）人: 田東
• 主分類號: H01M4/1393
• 分類號: H01M4/1393
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于鋰離子電池改性石墨負極材料的制備方法，屬于鋰離子電池用負極材料制備領域。

背景技術

鋰離子電池是目前世界上最為理想也是技術最高的可充電化學電池，與其他電池相比，鋰離子電池各項性能更為出色，具有體積小、電容量大、電壓高等優點，鋰離子電池目前主要用于手機、筆記本電腦、電動工具、電子產品等方面，未來將運用于電動汽車、電動自行車、航天航空、軍事移動通信工具和設備等領域，其需求量將越來越大，并有望在電動汽車領域呈現爆發式增長。

鋰離子電池負極材料以炭材料為主，主要有天然石墨和人造石墨兩種，天然石墨具有高度取向的層狀結構，對電解液非常敏感，與溶劑相容性差，會發生鋰與有機溶劑共同插入石墨層間以及有機溶劑進一步分解，容易造成石墨層逐步剝落、石墨顆粒發生崩裂和粉化，從而降低石墨材料壽命。同時人造石墨具有比表面積高，振實密度低，不可逆容量高及加工困難等缺點，制約了其使用范圍。通過對石墨進行改性處理，即對石墨表面包覆一層石墨炭，能有效解決上述問題。

通常采用的包覆方式有化學氣相沉積法、液相法和固相法。前兩種工藝要求較高，實用化困難。而固相法在高溫炭化后石墨顆粒易于粘結，在以后的粉碎處理中易造成包覆層的脫落破損，影響了負極材料的整體性能。而且炭化過程耗時長，能耗大，需要專門的炭化爐，再加上后續石墨化的費用，所以成本非常高。

發明內容

本發明的目的是提供一種工藝簡單、投入少、包覆完整的一種改性石墨電池負極材料及制備方法。

實現本發明上述目的所采用的技術方案為：

1、一種用于鋰離子電池改性石墨負極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將天然石墨或人造石墨或兩者的混合物與瀝青粉按一定比例混合均勻；

(2)將混合均勻后的粉體在惰性氣體的保護下進行熱處理直至瀝青熔化并包覆在石墨顆粒表面，然后冷卻篩分，制得石墨粉體；

(3)在一定溫度的空氣環境下，將步驟(2)中所得到的石墨粉體表面的瀝青層進行氧化處理；

(4)將氧化處理后的石墨粉體裝入坩堝中并輕微壓實，直接進行高溫石墨化處理，即制得成品。

天然石墨或人造石墨為球形或近似球形，其平均粒徑為D50＝10～30μm，振實密度大于0.90g/cm³。瀝青粉為普通高溫煤瀝青或石油瀝青，軟化點為100～180℃，通過機械粉碎或氣流粉碎至D99為5μm以下。所述的石墨與瀝青粉的比例1.0～2.0∶10。步驟(2)中熱處理的溫度為200～350℃，處理時間為1～6小時。步驟(2)中對石墨顆粒篩分，篩網目數為200～300目。步驟(3)中對石墨粉體氧化處理，處理溫度為200～300℃，處理時間為1～12小時。步驟(4)中石墨化處理溫度為2600～3000℃，處理時間為0.5～3小時。

本發明有下列優點：

(1)本發明的制備方法通過對包覆在石墨顆粒表面的瀝青層進行氧化處理，避免了固相法在高溫炭化時因結塊而需要粉碎所導致對包覆層破壞的現象。

(2)本發明的制備方法工藝簡單，省去了炭化工序，成本低廉，易于工業化生產。

(3)本發明能有效降低石墨的比表面積，所制得的改性石墨具有較高的首次充放電效率、高可逆比容量和穩定的循環性能。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做詳細具體的說明。

實施例1：將90千克球形天然石墨(平均粒徑D50為17.3μm，振實密度為1.01g/cm³，比表面積為5.8m²/g)和10千克的瀝青粉(D99為5μm，軟化點為150℃)混合均勻。將混合后的粉體按5℃/min升溫至270℃，并保溫2小時，熱處理過程中通入氮氣，冷卻后用250目的篩網進行篩分，再將所得到的粉體在260℃的空氣中保溫處理6小時。將做完不熔化處理的粉體裝入石墨坩堝中，并輕微壓實，在2600℃下直接做石墨化處理即得成品。

檢驗本發明鋰離子電池負極材料的性能，采用全電池測試方法測試為：用本發明的石墨為負極，鈷酸鋰作正極，電解液為1M?LiPF6/EC+DEC+DMC＝1∶1∶1，基丙烯微孔膜為隔膜，組裝成成品電池，以1C的速率進行充放電試驗，充放電電壓限制在4.2～3.0V，測試電池的性能。結果見表1。