[發明專利]一種超高容量球形石墨負極材料及其生產方法

有效

• 申請號: 201410252318.9
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN104009237A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 韓玉鳳;崔廣宏;陳瑞;陳庚;王井柱
• 申請（專利權）人: 黑龍江省牡丹江農墾奧宇石墨深加工有限公司
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;C01B31/04
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 龔燮英

技術領域

本發明涉及球形石墨負極材料，尤其涉及一種鋰電池用的球形石墨及其生產方法。

背景技術

天然鱗片石墨經粉碎、球化、分級、再提純得到高純度的球形石墨，用于鋰二次電池極大提高了鋰電池的電化學性能，解決了在電池充放電過程中石墨單片層易脫落，體積變化較大及不安全的問題，廣泛的應用于手機、電腦、電子書、DVD、礦燈、便攜式電子產品如MP5等。但隨著全球各國對環境保護的日益重視，綠色環保的鋰動力公交車，鋰動力小轎車受到各國政府的高度重視，并受到消費者的親睞。根據汽車的續行里程及壽命、安全的需要，對鋰離子電池的各項材料的各種質量指標要求越來越高，其中負極材料的比容量和循環壽命提出了更高的要求，而為了能夠普及推廣，要求成本也越來越低。于是提高石墨類碳材料的比容量和延長循環壽命對于鋰動力電池的應用發展顯得十分重要。而根據石墨六方晶體系層狀結構的特點，其結構決定了理論比容量為372mAh/g,如何能突破其理論容量，大幅提高碳材料的比容量和循環效率將直接決定動力電池能否提高其能量密度，縮小體積，擴大應用范圍。

專利號201110454027和201110122267及一種石墨烯改性負極材料及其制備方法專利號201310265626一種石墨烯改性碳負極材料及其制備方法中將石墨烯和石墨球和納米硅按一定比例混合來制備負極材料，石墨烯產量小，價格十分昂貴，大批量應用于鋰離子電池來提高電化學性能同時提高了其生產成本，現階段技術不成熟的情況下，石墨烯直接大批量應用于鋰離子電池還不現實，其昂貴的價格也限制了它的普及應用。

CN101087021A提供一種石墨負極材料及其生產方法，是用人造石墨作為原料，其比容量也只有350mAh/g，遠小于石墨的理論比容量370mAh/g.

發明內容

本發明旨在克服現有技術的缺陷，提供一種超高容量球形石墨負極材料及其生產方法。本發明與普通產品相比具有更高的比容量和循環穩定性。

為了解決上述技術問題，一種超高容量球形石墨負極材料，所述球形石墨具有土豆形或類球形的微觀結構，土豆形顆粒表面平均散布著石墨單片層碎片，外部包裹一層硬碳外殼，顆粒與顆粒之間散布石墨單片層或多片層碎片，顆粒平均粒徑3～50μm，比表面積2.0～186m²/g，振實密度0.2～1.5g/cm³。

一種所述的超高容量球形石墨負極材料的生產方法，所述方法包括：將球形石墨加入反應罐中，加入一定量相匹配表面能的有機溶劑：即丙酮、乙醛、乙醇、甲醛中的一種，攪拌并開啟超聲波，超聲攪拌約0.3～8小時；再加入包覆劑和稀釋劑劇烈攪拌，球形石墨、包覆劑和稀釋劑之質量比1：0.1～0.5：0.5～2；將混合液調至粥狀；裝入石墨匣缽中，通入保護氣體，送入碳化爐中進行碳化碳化爐的溫度在0～1200℃，碳化時間為8～24小時；冷卻后經粉碎，篩分即得到超高容量球形石墨負極材料。

所述的一種超高容量球形石墨負極材料的生產方法，所采用的球形石墨為中位粒徑為3～50微米，振實密度為0.95～1.1g/ml。

所述的一種超高容量球形石墨負極材料的生產方法，所述相匹配表面能的有機溶劑是N-甲基吡咯烷酮、二甲基乙酰胺DMA、丁內酯GBL、1，3-二甲基-2-咪唑啉酮DMEU、苯甲酸芐酯中的一種或幾種。

所述的一種超高容量球形石墨負極材料的生產方法，所述相匹配的有機溶劑和球形石墨的質量比是球形石墨：有機溶劑＝1：0.5～2。

所述一種超高容量球形石墨負極材料的生產方法，所加入的包覆劑為液態酚醛樹脂、呋喃樹脂、尿醛樹脂、環氧樹脂、聚糠醇樹脂、聚苯酚和有機聚合物熱解碳PFA、PVC、PVDF、PAN中的一種或幾種混合。

所述一種超高容量球形石墨負極材料的生產方法，所述的碳化所需的保護氣體為氦氣，氖氣，氬氣，氪氣、氙氣、或氮氣中的一種。