[發明專利]一種快充石墨鋰離子電池負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201410784385.5
• 申請日: 2014-12-18
• 公開（公告）號: CN105024043A
• 公開（公告）日: 2015-11-04
• 發明（設計）人: 謝秋生;杜輝玉;張鵬昌;仲林;陳志明
• 申請（專利權）人: 上海杉杉科技有限公司
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/1393
• 代理公司: 上海宣宜專利代理事務所(普通合伙) 31288
• 代理人: 陳酩

技術領域

本發明涉及石墨負極材料領域，尤其涉及一種快充石墨鋰離子電池負極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池與原有電池相比，以其能量密度高、循環壽命長、無記憶效應等特點，在手機、筆記本電腦和電動工具等方面已經迅速普及了。隨著各種產品對小型輕量及多功能、短時間充電要求的不斷增加，產品對鋰離子電池的快充性能要求也日益提高，目前鋰離子電池快充性能的提高主要依賴于負極材料的發展和完善。因此，提高鋰離子電池負極材料的低溫快充特性，是未來研究開發的熱點。

鋰離子二次電池負極材料使用的天然石墨有理想的層狀結構，具有很高的放電容量（接近理論容量372mAh/g），成本低但其存在結構不穩定，在快速充放電過程中容易造成石墨層片脫落，導致電池循環性能差，安全性差。

因此，為克服天然石墨充放電性能的不足，現有技術都是對天然石墨進行改性處理。

日本專利JP10294111用瀝青對石墨炭材料進行低溫包覆，包覆后須進行不融化處理和輕度粉碎，這種方法難以做到包覆均勻。

日本專利JP11246209是將石墨和硬炭顆粒在10～300℃溫度下在瀝青或焦油中浸漬，然后進行溶劑分離和熱處理，這種方法難以在石墨和硬炭表面形成具有一定厚度的高度聚合的瀝青層，對于天然石墨結構穩定性的提高將受到限制。

日本專利JP2000003708用機械方法對石墨材料進行圓整化，然后在重油、焦油或瀝青中進行浸漬，再進行分離和洗滌，單純從包覆方法看與JP11246209相近。

日本專利JP2000182617是采用天然石墨等與瀝青或樹脂或其混合物共炭化，這種方法能夠降低石墨材料比表面積，但在包覆效果上難以達到較佳控制。

日本專利JP2000243398是利用瀝青熱解產生的氣氛對石墨材料進行表面處理，這種方法不大可能使被改性材料的形態得到很大改善，因而使電性能的提高受到限制。

日本專利JP2002042816以芳烴為原料用化學氣相沉積（CVD）法進行包覆或用瀝青酚醛樹脂進行包覆，這與JP2000182617和JP2000283398在效果上有相似之處。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于為了克服現有的瀝青改性的石墨負極材料快速充放電過程穩定性差、容量衰減快的缺陷，提供了一種快充石墨鋰離子電池負極材料及其制備方法。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的。

本發明提供了一種快充石墨鋰離子電池負極材料的制備方法，其包括下述步驟：

（1）將包含有天然石墨與瀝青的混合物混合、加熱捏合、粉碎；其中，所述的天然石墨的平均粒徑D50為5~10μm，所述的天然石墨與所述的瀝青的質量比為50:50~90:10；

（2）在惰性氣體保護下，于300~700℃進行熱處理；

（3）石墨化。

步驟（1）中，所述的天然石墨較佳的為土豆狀和/或球狀。所述的天然石墨的平均粒徑D50較佳的為6~8μm。

步驟（1）中，所述的瀝青可為本領域中常規使用的瀝青，本發明中，所述的瀝青較佳的為石油瀝青和/或煤瀝青。所述的瀝青的平均粒徑D50較佳的為2~10μm。

步驟（1）中，所述的天然石墨與所述的瀝青的質量比較佳的為60:40~80:20。

步驟（1）中，所述的混合物還可包含有本領域常規使用的石墨化催化劑，所述的石墨化催化劑較佳的為硅的碳化物和/或鐵的氧化物，更佳的為碳化硅和/或氧化鐵。所述的石墨化催化劑與天然石墨的質量比較佳的為1:50~7:90，更佳的為3:100~3:50。

步驟（1）中，所述的混合物的混合方式較佳的為采用懸臂雙螺旋錐形混合機進行混合，可在加料時將天然石墨與瀝青交替加入，以保證混合均勻一致；其中，所述的懸臂雙螺旋錐形混合機的轉速較佳的為35~37rpm；所述的混合的時間較佳的為2~3小時。較佳的，在采用懸臂雙螺旋錐形混合機進行混合后，再在混捏鍋中進行混合。

所述的加熱捏合處理可以使石墨顆粒均勻地改性粘接，其具體操作方法可采用本領域常規的方法進行：將上述天然石墨和瀝青的混合物加熱升溫，進行捏合處理，例如在混捏鍋中進行捏合處理。

步驟（1）中，所述的加熱捏合的溫度較佳的為100~180℃。所述的加熱捏合的時間較佳的為1~10小時。加熱捏合時間短會導致物料結塊，混合不均勻，加熱捏合時間長會導致粘合劑瀝青揮發損失，影響粘接效果。