[發(fā)明專利]一種人造石墨鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210563289.9
• 申請(qǐng)日: 2012-12-21
• 公開（公告）號(hào): CN103887502B
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李念民;張殿浩;王赫;李杰;李在峰;朱從連
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海杉杉科技有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/583
• 分類號(hào): H01M4/583
• 代理公司: 上海弼興律師事務(wù)所31283
• 代理人: 鐘華,王衛(wèi)彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種人造石墨鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著各種移動(dòng)電話、筆記本電腦、數(shù)碼攝像機(jī)和便攜式電器等電子設(shè)備的小型化，性能更加優(yōu)越。鋰離子電池有能量密度大、工作電壓高、體積小、質(zhì)量輕、無(wú)污染、快速充放電、循環(huán)壽命長(zhǎng)等方面的優(yōu)異性能，而引人注目。理論上LiC₆的可逆儲(chǔ)鋰容量可達(dá)到372mAh/g，但是目前商品化的人造石墨負(fù)極材料可逆儲(chǔ)鋰容量只有330-340mAh/g左右，并且材料壓實(shí)密度低，材料涂極片后難滾壓，壓不下去，首次放電容量偏低。

鋰離子電池容量的提高主要依賴炭負(fù)極材料的發(fā)展和完善。目前廣泛使用的鋰離子二次電池負(fù)極材料包括：天然石墨負(fù)極材料、人造石墨負(fù)極材料、中間相負(fù)極材料等，各類負(fù)極材料在使用過(guò)程中，都存在一些問(wèn)題，研究人員一直致力于對(duì)鋰離子電池負(fù)極材料的改性，來(lái)改善材料的性能。所采用的方法一般包括表面氧化或表面包覆及摻雜一些其他材料，以克服各自的材料劣性。但是目前的這些改性方法都存在不足，或者制取過(guò)程復(fù)雜化，或者添加的成分不易獲得，或者產(chǎn)品收得率不十分顯著，提高了生產(chǎn)成本。因此提高鋰離子電池負(fù)極材料的比容量、提高材料的壓實(shí)密度、減少首次不可逆容量及改善循環(huán)穩(wěn)定性一直是研究開發(fā)的重點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服了鋰離子電池炭負(fù)極材料容量低，壓實(shí)性能不好的問(wèn)題，提供一種人造石墨鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法，該人造石墨鋰離子負(fù)極材料的壓實(shí)密度高和首次放電容量高，并且制備方法簡(jiǎn)便易行。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明提供了一種人造石墨鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，其包括下述步驟：①將煤焦油軟瀝青與添加劑按5:1-50:1的重量比混合，至混合均勻后，進(jìn)行熱聚合反應(yīng)；②將反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行減壓處理；③炭化處理，粉碎、分級(jí)處理；④石墨化處理，即得；

其中，所述的添加劑為硅、二氧化硅和碳化硅中的一種或多種。

步驟①中，所述的煤焦油軟瀝青可為本領(lǐng)域常規(guī)使用的煤焦油軟瀝青。所述煤焦油軟瀝青的軟化點(diǎn)較佳地為30-60℃，更佳地為45℃。

步驟①中，所述混合的方法和條件可為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件，以混合均勻?yàn)闇?zhǔn)。所述混合的溫度較佳地為75-85℃，更佳地為80℃。所述的混合較佳地為采用瀝青混捏機(jī)進(jìn)行混捏。所述混合的時(shí)間較佳地為1.5-2.5小時(shí)，更佳地為2小時(shí)。

本發(fā)明中，所述添加劑能夠起到與煤焦油軟瀝青中的原生喹啉不溶物（QI）相同的作用；在后續(xù)的石墨化處理中，能夠提高材料的石墨化度，即發(fā)生結(jié)構(gòu)重新排列，呈高度石墨化的片層結(jié)構(gòu)。具有片層結(jié)構(gòu)的石墨材料應(yīng)用到鋰離子二次電池中，在電池充放電過(guò)程中，有利于鋰離子的嵌入和脫出。但是，添加劑的用量較少，高溫石墨化處理后效果不明顯；添加劑的用量過(guò)多，負(fù)極材料過(guò)度石墨化，會(huì)破壞原有的結(jié)構(gòu)。所述的添加劑的粒徑可為本領(lǐng)域的常規(guī)粒徑，較佳地為40-100nm。

步驟①中，所述熱聚合反應(yīng)的方法和條件為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件。所述熱聚合反應(yīng)的溫度較佳地為400-430℃。所述熱聚合反應(yīng)的時(shí)間較佳地為2-4小時(shí)。

步驟②中，所述減壓處理的方法和條件可為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件。所述減壓處理的溫度較佳地為350-420℃，更佳地為420℃。所述減壓處理的真空度較佳地為-0.10~-0.08MPa，更佳地為-0.10MPa。所述減壓處理的時(shí)間較佳地為0.5-1.5小時(shí)，更佳地為1小時(shí)。所述減壓處理能夠去除物料中的輕組分。

步驟③中，所述炭化處理的方法和條件可為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件。所述炭化處理的溫度較佳地為800-1200℃，更佳地為1150℃。所述炭化處理的時(shí)間較佳地為4-6小時(shí)，更佳地為5小時(shí)。按本領(lǐng)域常識(shí)，所述炭化處理在惰性氣氛中進(jìn)行。

步驟③中，所述粉碎的方法和條件可為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件。所述粉碎較佳地采用粉碎分級(jí)機(jī)進(jìn)行。

步驟③中，所述分級(jí)的方法和條件可為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件。所述分級(jí)較佳地采用粉碎分級(jí)機(jī)進(jìn)行。所述分級(jí)較佳地為至顆粒粒徑在18-22μm。

步驟④中，所述石墨化處理的方法和條件可為本領(lǐng)域常規(guī)的方法和條件。所述石墨化處理的溫度較佳地為2800-3000℃，更佳地為3000℃。所述石墨化處理的時(shí)間較佳地為4-8小時(shí)，更佳地為5小時(shí)。

本發(fā)明還提供了一種由上述制備方法制得的人造石墨鋰離子電池負(fù)極材料。

本發(fā)明所用試劑和原料均市售可得。