[發明專利]高倍率石墨負極材料的制備方法、負極材料和鋰離子電池

有效

• 申請號: 201610140085.2
• 申請日: 2016-03-11
• 公開（公告）號: CN105633408B
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 羅飛;劉柏男;張志清;李輝;劉芳;馮蘇寧;陳衛
• 申請（專利權）人: 江西紫宸科技有限公司;上海璞泰來新能源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/133;H01M4/1393;H01M10/0525
• 代理公司: 北京慧誠智道知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11539
• 代理人: 李楠

本發明公開了一種高倍率石墨負極材料的制備方法、負極材料和鋰離子電池，所述方法包括：將碳材料、粘接劑和導電劑混合制備漿料；對漿料進行噴霧干燥造粒或擠壓混捏造粒，得到粒度大小為5μm～30μm的顆粒；將顆粒置于回轉燒結爐內，在惰性氣氛下進行燒結，保溫時間為兩小時，冷卻至室溫后得到塊狀材料；將塊狀材料打散至顆粒大小為5μm～30μm；使用液體瀝青或樹脂對打散的材料進行浸澤,再將浸澤后的材料置于回轉燒結爐內，在惰性氣氛下進行燒結，并將得到的材料再次打散至顆粒大小為5μm～30μm,在3000℃～3300℃進行石墨化處理，即得到高倍率石墨負極材料。

技術領域

本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種高倍率石墨負極材料的制備方法、負極材料和鋰離子電池。

背景技術

在目前商業化的鋰離子電池負極材料中，碳負極材料包括石墨，軟碳和硬碳，其中就克容量而言，石墨容量最高，理論容量為372mAh/g,目前實際容量發揮高達360mAh/g以上，正是因為碳材料具容量高、嵌/脫鋰可逆性好、電位平臺低以及循環性能優良等優點，其作為是3C類電子產品的主要負極材料并且得到了廣泛應用。

然而鋰離子只能從石墨層的邊緣，即平行于石墨層的方向進出石墨層結構，無法從垂直石墨層的方向進出，因此鋰離子進出石墨層的擴散系數小，直接導致鋰離子電池較差的倍率性能。此外，在高倍率下充放電時，當鋰離子來不及擴散進入石墨層間時，鋰離子集中在負極電極表面并被還原成活性極高的金屬鋰枝晶。金屬鋰枝晶容易與電解液反應，消耗電解液，使電池容量降低，嚴重縮短了電池的循環壽命；金屬鋰枝晶聚集到一定程度還可能造成電池的內部短路而導致安全事故。

因此，解決石墨負極材料的倍率性能，不論從充放電速度上來說，或者是安全性能上以及電池壽命的考慮，都是十分必要和迫切的。目前，電動汽車領域更是對下一代鋰離子電池的能量密度、功率密度、壽命提出了更高的要求，人們對納米孔、微米孔石墨和多邊形石墨等方面進一步開展了多方面的研究，以期解決鋰離子電池高功率的需求，然而并沒有達到預期效果。因此，從鋰離子電池功率密度上考慮以及業界對高功率密度鋰離子電池的迫切需求，開發高功率密度同時兼顧高能量密度的鋰離子電池意義重大。

通常解決石墨類負極材料的倍率性能主要通過打孔，減小顆粒尺寸和表面改性的方法。比如專利CN103682282A是將金屬和/或金屬化合物負載在石墨上；將負載有催化劑的石墨與反應氣進行反應，得到具有多孔結構的石墨負極材料，采用這種方法置備得到的材料雖然能夠增加碳材料中鋰離子進出通道，但是材料的比表面積增加，影響初始效率和全電池的能量密度。

發明內容

本發明實施例提供了一種高倍率石墨負極材料的制備方法、負極材料和鋰離子電池。該制備方法采用顆粒狀的碳材料，通過噴霧干燥等方式造粒，再通過瀝青或者樹脂等液相浸澤的方式將顆粒中的縫隙填補，以制備實心結構的石墨負極材料。保證了顆粒的強度，能夠實現較高的壓實密度，在大幅提高倍率性能的同時也可以保證能量密度，倍率性能大幅提高。

第一方面，本發明實施例提供了一種高倍率石墨負極材料的制備方法，包括：

將60wt％～98wt％的碳材料、0.01wt％～25wt％的粘接劑和0.01wt％～15wt％的導電劑混合制備漿料；

對所述漿料進行噴霧干燥造粒或擠壓混捏造粒，得到粒度大小為5μm～30μm的顆粒；

將所述顆粒置于回轉燒結爐內，在500℃～1000℃的惰性氣氛下進行燒結，保溫時間為兩小時，之后冷卻至室溫，得到燒結后的塊狀材料；

將所述塊狀材料打散至顆粒大小為5μm～30μm；

使用液體瀝青或樹脂對所述打散的材料進行浸澤；

再將浸澤后的材料置于回轉燒結爐內，在500℃～1000℃的惰性氣氛下進行燒結，保溫時間為兩小時，之后冷卻至室溫，并將得到的材料再次打散至顆粒大小為5μm～30μm；