[發明專利]一種鋰離子電池石墨負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010944421.5
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112018366A
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 梅海龍;冷九夠;付健;戴濤
• 申請（專利權）人: 安徽科達新材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/20;C01B32/205
• 代理公司: 馬鞍山市金橋專利代理有限公司 34111
• 代理人: 魯延生

本發明涉及鋰離子電池負極材料領域，特別涉及一種高倍率低溫高能量密度鋰離子電池石墨負極材料及其制備方法，包括如下步驟：(1)原料粉碎整形；(2)預碳化、石墨化；(3)氧化；(4)造粒、碳化；(5)鈦酸鋰混合、噴霧干燥；(6)碳化；(7)篩分除磁；本發明較現有技術相比，能量密度高，充電倍率高，低溫性能好，其制成電池性能優異。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料領域，特別涉及一種高倍率低溫高能量密度鋰離子電池石墨負極材料及其制備方法。

背景技術

隨著我國電動汽車的快速發展，人們越來越希望獲得續航能力更強同時充電時間更短的電動汽車，而且在北方等冬季寒冷地區也要具備優秀的低溫性能，同時這也是國家所倡導和扶持的發展方向。雖然鈦酸鋰因其特有的晶格結構而具有很高的充放電倍率性能，但是其缺點同樣比較明顯，較低的克容量和高電壓平臺限制了它的應用。而石墨有著較高的容量和成熟的工藝，目前已經成為了電動汽車的主流負極材料。隨著電動車對充電時間縮短的需求日漸增多，特別需要能夠快速充電的高倍率且具備優秀低溫性能負極材料，同時也具備較高的能量密度，滿足電動車長續航的要求。

目前石墨的充放電倍率并不高，也有部分對石墨進行改性處理的技術。中國專利CN201711333907.X通過碳微球和人造石墨單顆粒造粒、石墨化制備了高容量、高倍率復合石墨負極材料，但充電倍率只能達到1-2C，難以滿足更高倍率的要求。中國專利CN109950495 A對石墨進行金屬氧化物造孔、包覆，但是0.2C可逆容量僅為325-335mAh/g，10C嵌鋰容量也僅為10mAh/g左右。中國專利106356530A雖然用了各向同性焦，10C容量保持率在90％以上，但是石墨化度不超過90％，0.1C可逆容量僅325mAh/g左右。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高倍率低溫高能量密度鋰離子電池石墨負極材料及其制備方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

具體的，本發明公開了一種高倍率低溫高能量密度鋰離子電池石墨負極材料的制備方法，包括：

(1)原料粉碎、整形：優質各向同性焦粉碎整形至粒徑D50在6-10μm，優選6-8μm；

(2)預碳化、石墨化：整形的物料進行預碳化，然后加入石墨化催化劑進行石墨化處理；

(3)氧化：將石墨化后的物料放入回轉爐中，通入空氣、氮氣的混合氣體，進行氧化處理；

(4)造粒、碳化：將經過氧化處理的一次粒子和粘結劑混合，得到混料，造粒、碳化處理；

(5)鈦酸鋰混合、噴霧干燥：碳化后的石墨與二氧化鈦、碳酸鋰、碳源、水物理混合，然后噴霧干燥；

(6)碳化：噴霧干燥后的物料，進行碳化處理；

(7)將上述物料篩分除磁后即得高倍率低溫高能量密度石墨負極材料。

優選的，步驟(2)所述預碳化溫度為800-1200℃，時間為4-8h。

優選的，步驟(2)所述石墨化溫度為2700-3200℃，優選為3000-3200℃；時間為20-60h，優選為40-60h。

優選的，步驟(2)所述石墨化催化劑為三氧化二鐵、氧化亞鐵、四氧化三鐵、碳化硅、氧化硼中的一種或多種，催化劑的加入量為預碳化的物料的0.2-3％，優選為0.5-2％。

優選的，步驟(3)所述氧化溫度為500-800℃，氧化時間為2-4小時；所通入氣體中空氣的占比為1-10％，優選為1-5％。

優選的，步驟(4)所述粘合劑為石油瀝青、煤瀝青、糠醛樹脂、呋喃樹脂或環氧樹脂的一種或多種；所述粘結劑用量為一次粒子的2-6％，優選為2-4％。

優選的，步驟(4)：