[發明專利]一種瀝青液相包覆改性人造石墨的鋰電池負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201310728426.4
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103682350A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 晏犖;候賢華
• 申請（專利權）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;H01M4/587;H01M4/1393
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技術領域

本發明涉及鋰電池電極材料制備領域，具體涉及一種瀝青液相包覆改性人造石墨的鋰電池負極材料的制備。

背景技術

鋰電池與其它二次電池相比，具有工作電壓高、能量密度大、放電電壓平穩、循環壽命長以及環境友好等優點，已經廣泛應用于便攜式電子產品和電動工具等領域，并有望成為未來混合動力汽車和純動力汽車的主要能源供給之一。負極材料是評價鋰電池綜合性能優劣的關鍵因素之一。目前商品化使用的鋰電池負極材料主要是炭類材料，其包括易石墨化炭、難石墨化炭和石墨。石墨材料導電性好，結晶度高，理論嵌鋰容量高，具有良好的層狀結構和充放電電壓平臺，是近年來鋰電池重點研究的材料之一。其中，石墨材料又分為天然石墨和人造石墨兩大類，相對天然石墨而言，人造石墨的層間距較大，石墨化度較低（≤93%），易石墨化碳是經高溫石墨化得到的，故結晶度較低，存在部分亂層結構。同時，人造石墨表面粗糙、多孔，比表面較大，對電解液中的溶劑也較為敏感，使得人造石墨的首次效率和比容量（≤350mAh/g）都較低。針對以上人造石墨作為鋰離子電池負極材料本身的一些結構缺陷，為了獲得高電化學性能的負極材料，必須對其進行深一步表面的改性和修飾。

發明內容

為了解決上述現有技術的不足之處，本發明的首要目的在于提供一種瀝青液相包覆改性人造石墨的鋰電池負極材料，該改性的人造石墨負極材料首次效率高達93%和首次比容量達355mAh/g，其首次充放電效率高、比容量高，解決了人造石墨材料在實際制備鋰電池負極的應用時存在的不可逆容量損失大、比容量較低的問題。

本發明的另一目的在于提供上述一種瀝青液相包覆改性人造石墨的鋰電池負極材料。

本發明的再一目的在于提供上述一種瀝青液相包覆改性人造石墨的鋰電池負極材料應用。

為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：

一種瀝青液相包覆改性人造石墨的鋰電池負極材料的制備方法，具體步驟如下：

（1）對石油焦進行機械粉碎，然后對粉體進行機械球磨得到微細粉體，并進行細粉分級處理；

???（2）將分級后的微細粉體與3~8質量%瀝青粉體進行混合，然后將混合均勻的粉體投入到中溫反應釜里反應，最后出料；

（3）將出料粉體經過整形分級機再一次進行整形分級處理；

???（4）將上述所得的產物進行高溫石墨化處理，然后再經過分級處理，即可得到人造石墨材料A，所述人造石墨材料A的D50為10μm；

（5）將步驟1所制備的A加入裝有一定量的無水乙醇的燒杯中，并攪拌分散10min~30min，得到混合物B；

（6）稱取人造石墨A質量的5%~15%的瀝青溶解于一定量的四氫呋喃中，高速攪拌0.5~1h，使瀝青溶解更充分，過200目的篩，除掉殘渣，得到混合液C；

（7）將混合液C緩慢倒入裝有混合物B的燒杯中，然后加入無水乙醇調節漿料的固體含量至10~30%，繼續攪拌0.5~1h，再將混合液C進行閉式循環噴霧干燥制粉，得到前驅體D；

（8）將步驟（7）得到的前驅體D在惰性氣體環境中升溫至700~1100℃，恒溫保持1~5h，得到所述瀝青液相包覆改性的人造石墨負極材料。

本發明使用閉式循環噴霧干燥的方式制備粉體，瀝青均勻分散在人造石墨表面上，經過高溫熱處理后，瀝青碳化后形成一層無定形的炭，緊緊包裹著人造石墨，形成一種“核—殼”結構的復合材料。包覆層的存在不僅減低了材料的比表面積，阻止了有機溶劑的進入，達到獲得均勻、致密的SEI膜的目的，同時，表面炭材料能固定石墨片，防止石墨表層的脫落，使得材料的首次效率、比容量和循環穩定性得到一定的提高。因此，本發明所制備的改性人造石墨的首次充放電效率高、比容量高、循環性能好。

優選的，在步驟（2）中所述反應的條件，反應釜內溫度為500~650℃，釜內攪拌速度為20~50r/min，反應時間是6-10h；步驟（4）中所述的高溫石墨化處理，石墨化溫度2400℃~3000℃，處理時間36~72h。