一种利用天然石墨制备动力锂离子电池负极材料的方法与流程

本发明涉及锂离子电池领域，具体是一种利用天然石墨制备动力锂离子电池负极材料的方法。
背景技术：
：锂离子电池负极用石墨材料具有放电平台低、真密度大、插锂容量高、首次充电放电效率高等优点。目前应用广泛的负极材料多为石墨类炭负极，主要分为：天然石墨和人造石墨。天然石墨是指天然石墨矿经过采矿、浮选、筛分和提纯所获得的天然石墨材料。按照石墨颗粒形状和微晶大小可以分为叶片状石墨、鳞片状石墨和微晶石墨。目前实用化的天然石墨主要为鳞片状石墨，但鳞片状石墨与电解液相容性差，有机溶剂与锂离子共嵌入石墨片层中还原产生气体，并消耗一部分锂，导致首次效率低下；充放电过程中，石墨片层反复涨缩，造成石墨层剥落、粉化，影响循环稳定。为获得高性能负极用炭材料，美国专利专利号：5908715，日期1999年，6月1日公开了石墨表面包覆硬炭的方法，其方法特点是将树脂的合成过程与包覆同时进行，但此方法实施难度较大。另外我国专利专利号：CN1129194C，日期2003年11月26日公开了一种炭/炭复合材料的制备方法。这些方法都是旨在改善天然石墨的某些缺陷。而微晶石墨宏观上的各向同性使其循环稳定性优于鳞片状石墨，鳞片状石墨在锂离子嵌入过程中c轴膨胀量可达10％，而微晶石墨由于各向同性的性质，单方向的膨胀量约为3％，不易发生结构的破坏。但微晶石墨的机械强度较低，在传统的粉碎、整形等过程中极易粉化，从而产生大量细粉降低最终产品收率。技术实现要素：本发明的目的在于提供容量高、膨胀小、倍率性能好、循环稳定性好的一种利用天然石墨制备动力锂离子电池负极材料的方法，以解决上述
背景技术：
中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用天然石墨制备动力锂离子电池负极材料的方法，其步骤如下：步骤一、取固定碳含量为60～99％的微晶石墨通过气流粉碎机粉碎为D10为 0～4μm、D50为4～8μm、D90为10～60μm的粉体A；取固定碳含量99％的鳞片状石墨通过气流粉碎机粉碎为D10为0～4μm、D50为4～8μm、D90为10～60μm的粉体B，将两种粉体在高混机中进行混合，得到混合天然石墨；步骤二、将步骤一中得到的混合天然石墨与粘结剂沥青进行混合，制得混合物，其中粘结剂沥青占混合物的质量比为10～50％；将混合物在混合造粒设备中进行复合造粒，得到粒度分布为D10为0～10μm、D50为11～25μm、D90为26～60μm的粉体C；步骤三、将步骤二得到的粉体C进行石墨化提纯，石墨化温度为2000～3500℃，恒温反应0～12小时，然后进行除铁，并过200～325目筛，制得物料；步骤四、用球磨机对物料进行整形，而后进行分级，制得石墨粉体；用酚醛树脂对得到的石墨粉体进行包覆改性，制得动力锂离子电池负极材料。作为本发明进一步的方案：酚醛树脂的加入量是酚醛树脂与石墨粉体总质量的0～15％。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明制备的动力锂离子电池负极材料，其粒度分布为D10为0～10μm、D50为11～25μm、D90为26～60μm，振实密度为0.9～1.2g/cm3，固定碳含量为99.0～99.9％，石墨化度为90～96％；具有容量高、膨胀小、倍率性能好、循环稳定性好等特点。附图说明图1为现有的石墨负极材料的微观形貌图；图2为制备的动力锂离子电池负极材料的微观形貌图。具体实施方式下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例1本发明实施例中，一种利用天然石墨制备动力锂离子电池负极材料的方法，其实施步骤为：步骤1、选取固定碳含量为80％的隐晶质石墨经破碎、分级后，获得粒度分 布为D10为1.2μm、D50为8μm、D90为25μm的粉体A。步骤2、选取固定碳含量为99.9％的球形鳞片状石墨经破碎、分级后，获得粒度分布为D10为2.5μm、D50为8μm、D90为43μm的粉体B。步骤3、将粉体A与粉体B在混料机中进行充分混合，粉体A在混合物料中的比例为40％，加入沥青占混合物的质量比为12％。在混合造粒设备中进行复合造粒，造粒温度为500℃，最终得到粒度分布为D10为3.8μm、D50为16μm、D90为45μm的粉体C。步骤4、将步骤3所得粉体C加热至3000℃恒温反应12小时，以排出高沸点杂质。步骤5、将步骤4所得纯化后的石墨粉体在此破碎、分级，过250目筛，制得D10为3.6μm、D50为16.2μm、D90为46.3μm，振实密度为1.0g/cm3，固定碳含量为99.99％，石墨化度为92％的动力锂离子电池负极材料。实施例2本发明实施例中，一种利用天然石墨制备动力锂离子电池负极材料的方法，其实施步骤为：步骤1、选取固定碳含量为60％的隐晶质石墨经破碎、分级后，获得粒度分布为D10为0.5μm、D50为4μm、D90为10μm的粉体A。步骤2、选取固定碳含量为99.9％的球形鳞片状石墨经破碎、分级后，获得粒度分布为D10为0.5μm、D50为4μm、D90为10μm的粉体B。步骤3、将粉体A与粉体B在混料机中进行充分混合，粉体A在混合物料中的比例为40％，加入沥青占混合物的质量比为10％。在混合造粒设备中进行复合造粒，造粒温度为500℃，最终得到粒度分布为D10为1.2μm、D50为11μm、D90为26μm的粉体C。步骤4、将步骤3所得粉体C加热至2000℃恒温反应2小时，以排出高沸点杂质，过200目筛。步骤5、将步骤4所得纯化后的物料在此破碎、分级，制得石墨粉体，用酚醛树脂与石墨粉体总质量15％的酚醛树脂对得到的石墨粉体进行包覆改性，制得D10为3.6μm、D50为16.2μm、D90为46.3μm，振实密度为1.2g/cm3， 固定碳含量为99.99％，石墨化度为96％的动力锂离子电池负极材料。实施例3本发明实施例中，一种利用天然石墨制备动力锂离子电池负极材料的方法，其实施步骤为：步骤1、选取固定碳含量为80％的隐晶质石墨经破碎、分级后，获得粒度分布为D10为4μm、D50为6μm、D90为60μm的粉体A。步骤2、选取固定碳含量为99.9％的球形鳞片状石墨经破碎、分级后，获得粒度分布为D10为4μm、D50为6μm、D90为60μm的粉体B。步骤3、将粉体A与粉体B在混料机中进行充分混合，粉体A在混合物料中的比例为40％，加入沥青占混合物的质量比为30％。在混合造粒设备中进行复合造粒，造粒温度为500℃，最终得到粒度分布为D10为10μm、D50为25μm、D90为60μm的粉体C。步骤4、将步骤3所得粉体C加热至3000℃恒温反应12小时，以排出高沸点杂质，过325目筛。步骤5、将步骤4所得纯化后的物料在此破碎、分级，制得石墨粉体，用酚醛树脂与石墨粉体总质量7％的酚醛树脂对得到的石墨粉体进行包覆改性，制得D10为3.6μm、D50为16.2μm、D90为46.3μm，振实密度为1.1g/cm3，固定碳含量为99.99％，石墨化度为94.24％的动力锂离子电池负极材料。上述实施例所得动力锂离子电池负极材料的综合性能参数如表1所示。制备的动力锂离子电池负极材料的微观形貌图如图2所示，并与图1中现有的石墨负极材料的微观形貌图进行对比。表1粒径振实密度灰分放电容量放电效率石墨化度15.6μm1.1g/cm3≤0.1％347.8mAh/g≥90％94.08％对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要 求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。当前第1页1 2 3