[發(fā)明專利]一種鋰離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310712371.8
• 申請日: 2013-12-19
• 公開（公告）號: CN103887504A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 晏犖;鄧勇強;郭文信
• 申請（專利權(quán)）人: 東莞市凱金新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583
• 代理公司: 東莞市冠誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44272
• 代理人: 姚維煊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰電池電極材料制備領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池負極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、使用壽命長、無記憶效應(yīng)、自放電小的特點，成為目前先進電子設(shè)備優(yōu)選的電源，隨著先進的電子設(shè)備的發(fā)展，人們對于小型、輕質(zhì)、便攜的電子設(shè)備和裝置的需求日益增加。充電后要求更長的使用時間，因此，需要具有更高壓實密度、更高放電容量和更長使用壽命的電池為這種設(shè)備和裝置提供能源。

鋰離子電池負極材料，作為鋰離子電池的重要組成部分，對電池容量貢獻較大，急需提高負極材料的放電容量、壓實密度和循環(huán)性能。

人造石墨結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，循環(huán)性能較好，但由于材料特性較硬，輥壓性能不佳，壓實密度較低，阻礙了人造石墨在高容量高壓實下的應(yīng)用。即使使用較大的外力強壓下去，由于極片孔隙受堵，材料的放電容量降低、循環(huán)性能下降。

中國專利CN1702892A通過天然石墨和人造石墨的混合，提高了材料的放電容量。但由于添加了天然石墨，天然石墨石墨化度高，即使通過包覆處理，微晶邊緣與底面結(jié)構(gòu)差異性大，易在微晶邊緣發(fā)生溶劑化鋰離子的共嵌入，引起石墨層的剝離，惡化材料的循環(huán)性能。CN102110813A通過粉碎的中間相石墨和人造石墨混合，制得循環(huán)性能優(yōu)異的材料，并希望提高壓實密度，但由于中間相石墨和人造石墨都較硬，壓實性能不佳，所以實際需要很大的壓力才能提高壓實，所以實際難以實現(xiàn)高壓實，而且壓實后容易反彈。

膨脹石墨是一種利用物理或化學的方法使非碳質(zhì)反應(yīng)物插入石墨層間，與炭素的六角網(wǎng)絡(luò)平面結(jié)合的同時又保持了石墨層狀結(jié)構(gòu)的晶體化合物。它不僅保持石墨優(yōu)異的理化性質(zhì)，而且由于插入物質(zhì)與石墨層的相互作用而呈現(xiàn)出原有石墨及插層物質(zhì)不具備的新性能。插有層間化合物的石墨在遇到高溫時，層間化合物將分解，產(chǎn)生一種沿石墨層間垂直的推力，這個推力遠大于石墨粒子的層間結(jié)合力，在這個推力的作用下石墨層間被推開。而且膨脹石墨具有比一般石墨更好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明通過采用人造石墨與膨脹石墨的混合，旨在解決人造石墨輥壓性能不佳、高壓實下倍率、循環(huán)和放電性能劣化的問題。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種鋰離子電池負極材料，由人造石墨和膨脹石墨組成，其中人造石墨和膨脹石墨的質(zhì)量比為：80:20-99:1。

人造石墨為石油焦或煅后焦經(jīng)高溫2800-3300℃石墨化制得的高容量的人造石墨，其容量至少為335Ah/g。

人造石墨的優(yōu)選容量至少為345Ah/g。

所述人造石墨的平均粒徑為5-40um，振實密度至少為0.9g/ml，比表面積為0.7-5.0m²/g。

人造石墨的優(yōu)選平均粒徑為10-25um。

所述膨脹石墨平均粒徑為1-40um，比表面積為1.0-100m²/g。

所述膨脹石墨優(yōu)選平均粒徑為1-20um，優(yōu)選比表面積為5.0-30m²/g。

一種鋰離子電池負極材料制備方法，包括以下步驟：一、石油焦或煅后焦粉碎至所需粒徑5-40um；二、所得粉碎后的顆粒經(jīng)過2800-3000度高溫石墨化處理；三、所得的高溫石墨化處理后的人造石墨與膨脹石墨以80:20-99:1比例混合，篩分。其中篩分采用200-300目篩。

本發(fā)明通過采用人造石墨與膨脹石墨的混合，保持了人造石墨倍率、循環(huán)性能優(yōu)異的特點；加入的膨脹石墨，石墨層間易于滑動，可以改善石墨的輥壓性能，提高壓實密度；同時由于膨脹石墨提供了較好的孔隙結(jié)構(gòu)和吸收電解液性能，保證了混合石墨高壓實下的倍率、循環(huán)性能，放電平臺高、放電容量高。

本發(fā)明所述人造石墨優(yōu)選具有高容量的人造石墨，高容量通常石墨化度較高，在高壓實密度下，由于是單一的石墨結(jié)構(gòu)，在輥壓后石墨顆粒之間的間隙小、電解液浸潤不佳，電池倍率、放電性能及循環(huán)性能會被惡化；同時人造石墨通常是高溫石墨化品，硬度大，不易輥壓，即使強行加壓至所需壓實密度，其也容易出現(xiàn)反彈，降低電池的體積能量密度。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1，本發(fā)明所采用的膨脹石墨，其具有易于被壓縮，石墨層間易于滑動的特點；可以改善人造石墨的輥壓性能，易于輥壓，同時輥壓后反彈小。

2，膨脹石墨的引入可以改變石墨的孔結(jié)構(gòu)，增加電解液的吸收，進而電極的例子電導(dǎo)，改善電極的導(dǎo)電性，提高電池的倍率、放電性能和循環(huán)性能。

附圖說明