[發明專利]一種高容量高壓實密度鋰離子電池石墨負極材料的制備方法

無效

• 申請號: 201310161457.6
• 申請日: 2013-04-22
• 公開（公告）號: CN104108699A
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 萬臺鵬
• 申請（專利權）人: 萬臺鵬
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;H01M4/587;H01M4/1393
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種高壓實密度鋰離子電池石墨負極材料的制備方法。

背景技術

電子信息時代使對移動電源的需求快速增長，由于鋰離子電池具有高電壓、高容量的重要優點，且循環壽命長、安全性能好，使其在便攜式電子設備、電動汽車、空間技術、國防工業等多方面具有廣闊的應用前景，成為近幾年廣為關注的研究熱點。目前商品化的鋰離子電池負極材料主要為碳材料，其中天然石墨導電性好，結晶度高，具有良好的層狀結構，適合鋰的嵌入-脫嵌形成鋰-石墨層間化合物，充放電容量高，充放電效率高，不可逆容量低，具有良好的充放電電位平臺，成為目前鋰離子電池應用最多的負極材料。但石墨材料的缺點也很明顯，一是石墨間距d₀₀₂≤0.34nm，小于石墨插層化合物Li-GIC的晶面間距d＝0.37nm，致使在充放電過程中，石墨層間距改變，造成石墨墨片剝落、粉化，導致電循環性能不理想；二是與電解液的相容性較差；三是其振實密度比較低。為了克服石墨材料的上述不足，對石墨材料進行改性已成為近年來碳負極研究的熱點。

從目前的研究現狀來看，單位重量碳材料的放電容量發揮已接近理論值，因此在電池體積一定的情況下，如果要獲得更高的體積比能量，則需要更高的壓實密度，而現有的材料，在高壓實下條件下存在吸液不足、沒有足夠的充放電通道、容量發揮不完全及循環膨脹跳水等問題，因此圍繞如何在保證高容量循環性能優良的前提下提高壓實密度展開了廣泛的研究，如謝秋生、喬永民等以包覆炭化加催化石墨化的方式制得了壓實密度不小于1.70g/cm³的石墨負極材料(中國專利授權公告號CN102339988A)，然而其制得的負極材料的壓實密度還是不夠高(小于1.8g/cm³)，并且容量發揮也未到370mAh/g，未能充分體現高壓實高容量的優點，并且制作過程較麻煩、成本較高。

發明內容

本發明的目的是提供一種高壓實密度鋰離子電池石墨負極材料的制備方法，要解決的問題是使負極材料具有更高的放電容量和壓實密度。

原料選擇固定碳含量在80％～90％，需足夠的雜質保證其逸出時留下相應的孔洞；球化可改變其電化學性能，再通過純化石墨化使石墨結構由無序變得有序，增加了其與電解液的形容性，材料的比容量得到更好地發揮。

本發明采用以下技術方案：對高灰分天然鱗片石墨進行球化，制得球形石墨，再對球形石墨進行高溫純化和高溫石墨化處理，利用其灰分在高溫純化時逸出留下的微孔得到一種多孔高容高壓實的石墨負極材料；

所屬的制備方法包括以下步驟：

(1)對天然鱗片石墨使用超微粒子造球機進行球化，球化時磨盤轉速為2000-4800rpm/min，球化時間為20-40min，制得平均粒徑5-30μm的球形石墨；

(2)將制得的球形石墨放入純化石墨化設備中進行處理；具體處理方式為將材料放入爐體的石墨坩堝中，以5-200℃/min的速度升溫，當爐內溫度達到1000-1500℃時，以1-5m3/h的流量通入氮氣，以5-200℃/min的速度繼續升溫至1500-2200℃，同時以1-5m3/h的流量通入氯氣，直至溫度升至2200-3300℃時停止加熱，保溫5h，再改以1-5m3/h的流量通入氮氣，5-15h，純化石墨化過程完成，制得所需鋰離子電池石墨負極材料。

所述天然鱗片石墨的固定碳含量為80％～90％，平均粒徑為60-100μm，最大顆粒可以通過80目篩網。

所述的純化石墨化設備為艾奇遜爐。

通過本發明制得的石墨負極材料，壓實密度高，極片壓實密度在1.75-1.95g/cm3之間，粉體壓實密度在1.8-2.1g/cm3之間，放電比容量高，大于370mAh/g，平均粒徑為5-30μm，吸液性能良好，適合目前鋰離子電池對高比容量和高倍率性的要求，并且價格低廉，操作簡單。

附圖說明

以下結合附圖說明本發明材料的相關性能。

圖1是本發明使用的超微粒子造球機構示意圖。圖中標記：1、夾套(加熱、冷卻)、2、定子，3、循環回路，4、投料口，5、出料閥，6、出料口，7、磨塊，8、轉子。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明做進一步詳細說明

實施例1