[發(fā)明專利]一種人造石墨負(fù)極材料及其制備方法、鋰離子電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910940312.3
• 申請(qǐng)日: 2019-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN110642247B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 仰永軍;葛傳長(zhǎng);仰韻霖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣東凱金新能源科技股份有限公司
• 主分類號(hào): C01B32/205
• 分類號(hào): C01B32/205;H01M4/36;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 東莞市啟信展華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44579
• 代理人: 馮蓉

1.一種高能量密度倍率型人造石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括如以下步驟：

S1、將原料焦直接粗破磨粉或粗破經(jīng)高溫修飾后磨粉，整形處理得到一次顆粒A；

S2、將一次顆粒A與有機(jī)碳源混捏后進(jìn)行動(dòng)態(tài)熱包覆，篩分，得到一次顆粒B；所述混捏采用真空捏合機(jī)；混捏分2段進(jìn)行，第一段混捏溫度100~150℃，混捏時(shí)間1~4小時(shí)；第二段混捏溫度180~280℃，混捏時(shí)間2~4小時(shí)，真空度不高于10kPa；所述動(dòng)態(tài)熱包覆是在惰性氣體保護(hù)下，在帶攪拌裝置的豎式反應(yīng)釜或臥式反應(yīng)釜中以450~700℃熱處理1~10小時(shí)，攪拌速率5~50 rpm；所述的惰性氣體為氮?dú)狻⒑夂蜌鍤庵械?種或至少2種的組合；所述一次顆粒B的平均粒徑D50為5~15 μm，所述一次顆粒B表面無(wú)定型炭的包覆層厚度為0.1~1 μm，所述一次顆粒B表面氧原子原子比濃度為2~5%；

S3、將一次顆粒A與粘結(jié)劑混合均勻后置于造粒反應(yīng)釜中造粒，篩分，得到二次顆粒C；

S4、將一次顆粒B與二次顆粒C分別進(jìn)行石墨化處理，篩分，得到石墨化一次顆粒B和石墨化二次顆粒C；

S5、將石墨化一次顆粒B與石墨化二次顆粒C按比例混合均勻，篩分，即得到成品。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于：S1中，當(dāng)所述原料焦為揮發(fā)分大于3%的生焦時(shí)，粗破并經(jīng)高溫修飾處理后磨粉；當(dāng)所述原料焦為揮發(fā)分不超過(guò)3%的煅后焦時(shí)，直接粗破后磨粉；所述原料焦可為針狀焦、普通焦、瀝青焦中的1種或至少2種的組合；

其中，所述粗破采用顎式破碎機(jī)或反錘式破碎機(jī)，控制粉碎顆粒尺寸小于5目；所述磨粉采用機(jī)械磨粉碎或輥壓磨粉碎；所述高溫修飾的溫度為800~1400℃，反應(yīng)時(shí)間為1~8小時(shí)；所述整形采用物理研磨法整形機(jī)；所述一次顆粒A的平均粒徑D50為5~15μm，長(zhǎng)寬比為0.5~2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于：S2中，所述有機(jī)碳源至少由碳、氫、氧、氮4種元素構(gòu)成，其中氧質(zhì)量比含量不低于3%，所述有機(jī)碳源為軟化點(diǎn)低于30℃的低溫瀝青、單糖、可溶性多糖、芳烴裂解油、乙烯焦油或液態(tài)樹脂中的1種或至少2種的組合；所述一次顆粒A與有機(jī)碳源的質(zhì)量比為100:5~15。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于：S3中，所述粘結(jié)劑為瀝青和/或石油樹脂，其中，所述瀝青為煤瀝青和/或石油瀝青；所述粘結(jié)劑的軟化點(diǎn)范圍為120~280℃，平均粒徑D50為2~50 μm，氧元素含量低于5%；所述一次顆粒A與粘結(jié)劑的質(zhì)量比為100:2~20。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于：S3中，所述混合采用攪拌混料機(jī)，攪拌速率20~100 rpm，混料時(shí)間1~3小時(shí)；所述造粒是在帶攪拌裝置或罐體本身自轉(zhuǎn)的反應(yīng)器中于惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，造粒反應(yīng)溫度為400~650℃，造粒反應(yīng)時(shí)間為2~8小時(shí)，攪拌速率控制在15~40 rpm；所述二次顆粒C的平均粒徑D50為12~20 μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于：S4中，所述石墨化的溫度為2600~3000℃，所述石墨化時(shí)間為24~48小時(shí)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人造石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于：S5中，所述石墨化一次顆粒B與石墨化二次顆粒C按質(zhì)量比30~300:100進(jìn)行混合。

8.一種人造石墨負(fù)極材料，其特征在于，所述人造石墨負(fù)極材料采用如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到；所述人造石墨負(fù)極材料的石墨負(fù)極材料的平均粒徑為10~30 μm，真密度大于2.2 g/cm3，比表面積為1~3m²/g，粉末壓實(shí)大于1.8 g/cm³，首次可逆容量不低于360 mAh/g，首次庫(kù)倫效率大于92.5%，3C/0.2C容量保持率不低于68%，在0.1C下、45℃循環(huán)100周后容量保持率大于99%。

9.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池負(fù)極材料包括如權(quán)利要求8所述人造石墨負(fù)極材料。