一种各向同性石墨负极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及负极材料领域技术，尤其是指一种各向同性石墨负极材料及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 天然石墨被广泛用作锂离子电池的负极材料，但天然石墨与电解液的相容性较 差，在嵌/脱锂过程中易发生石墨层的剥离而导致循环性能下降，因而限制了纯天然石墨 在锂离子电池中的应用。各向同性石墨负极材料与天然石墨相比，具有循环性能好、嵌/脱 锂时体积变化小、不易析出金属锂以及电池易于达到平衡等优点，但各向同性石墨在首次 充放电过程中呈现出很大的不可逆容量损失（> 20%)，且存在很大的电压滞后现象。长沙理 工大学的徐乐等人利用自制的酚醛树脂为前躯体对各向同性石墨进行表面包覆，希望改善 各向同性石墨的电化学性能，但效果并不理想。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种各向同性石 墨负极材料及其制备方法，其具有首次充放电效率高、循环性能好的特点。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案： 一种各向同性石墨负极材料，包括有内核、第一包覆层、第二包覆层层、第三包覆层和 第四包覆层，该内核为各向同性石墨颗粒，其粒度为10~25 μπι，内核由下列重量份的原料 制成：炭素材料初始颗粒50~100、改质沥青颗粒10~25 ;该第一包覆层为包覆剂，包覆 剂用沥青和/或煤焦油构成，第一包覆层的包覆量为整个负极材料质量的5%~9% ;该第二 包覆层层为非石墨碳材料，其包覆量为整个负极材料的10%~15% ;该第三包覆层为由粒度 1 μπι~2 μπι多核石墨颗粒经粘结剂粘结包覆形成，总包覆量为整个负极材料质量的12%~ 19% ;该第四包覆层为树脂类包覆层，第四包覆层的包覆量为整个负极材料的2%~4%。
[0005] 作为一种优选方案，所述改质沥青颗粒的软化点为130Γ~200°C，析焦值为 56% ~65%。
[0006] 作为一种优选方案，所述多核石墨颗粒为各向同性焦，此各向同性焦的长短径比 为0. 8~1. 2,挥发分为11%~16%。
[0007] 作为一种优选方案，所述粘结剂为树脂类或沥青类粘结剂。
[0008] -种前述一种各向同性石墨负极材料的制备方法，包括有以下步骤 (1) 制备各向同性石墨颗粒：将炭素材料初始颗粒与改质沥青颗粒混合，得一种所述炭 素材料初始颗粒为连续相、所述改质沥青颗粒为分散相的混合粉体；接着，对混合粉体进行 温等静压处理，然后去除未被所述改质沥青粘结的所述炭素材料初始颗粒，接着，依次进行 下述热处理：不熔化处理、炭化处理以及石墨化处理； (2) -次包覆：将各向同性石墨颗粒、包覆剂以及溶剂在150~300°C下搅拌混合均 匀，然后抽真空，脱除溶剂；然后，将所得产物首先置于排胶炉中，在惰性保护气氛，400~ 550°C下处理10~30小时；再于惰性保护气氛，1000~1400°C炭化10~20小时； (3) 二次包覆：将步骤（2)中所得的物料进行机械融合处理，然后进行碳源包覆处理， 接着进行各向同性加压处理，然后高温烧结； (4) 三次包覆：将多核石墨颗粒、粘结剂以及步骤（3)所得的物料置于混合机中，在 100~150r/min的转速下混合100~120min，得到混合乳状液；然后，将混合乳状液于融合 机中，在1200~1800r/min的转速，融合温度为50~100°C的条件下融合100~160min， 得到融合体；接着，在惰性气体保护下，将融合体置于高温炉中以10~20°C /min升温至 600~700°C炭化处理5~8h，然后以10~20°C /min的降温速度冷却至室温； (5) 将树脂和步骤（4)所得的物料置于混合机中，在1300~1800r/min的转速，融合 温度为50~80°C的条件下融合10~20min，再在2400~2800°C下进行石墨化热处理。
[0009] 本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案 可知： 通过采用本发明的配方和制备方法，使得制备出来之负极材料的导电性能和机械性能 得到了很大的提升，由于导电性能和机械性能的提升，作为锂离子电池负极材料时，循环性 能与倍率充放电性能、首次充放电效率都得到很大的提升；并且，本发明制备方法工艺简 单，生产成本较低，制备过程简单易行。
[0010] 为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发 明进行详细说明。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明的制备流程示意图。
【具体实施方式】
[0012] 本发明揭示了一种各向同性石墨负极材料，包括有内核、第一包覆层、第二包覆层 层、第三包覆层和第四包覆层，该内核为各向同性石墨颗粒，其粒度为10~25 μπι，内核由 下列重量份的原料制成：炭素材料初始颗粒50~100、改质沥青颗粒10~25,所述改质沥 青颗粒的软化点为130°C~200°C，析焦值为56%~65% ;该第一包覆层为包覆剂，包覆剂用 沥青和/或煤焦油构成，第一包覆层的包覆量为整个负极材料质量的5%~9% ;该第二包 覆层层为非石墨碳材料，其包覆量为整个负极材料的10%~15% ;该第三包覆层为由粒度 1 μπι~2 μπι多核石墨颗粒经粘结剂粘结包覆形成，总包覆量为整个负极材料质量的12%~ 19%，所述多核石墨颗粒为各向同性焦，此各向同性焦的长短径比为0. 8~1. 2,挥发分为 11%~16%，所述粘结剂为树脂类或沥青类粘结剂；该第四包覆层为树脂类包覆层，第四包 覆层的包覆量为整个负极材料的2%~4%。
[0013] 制备时，包括有以下步骤 (1) 制备各向同性石墨颗粒：将炭素材料初始颗粒与改质沥青颗粒混合，得一种所述炭 素材料初始颗粒为连续相、所述改质沥青颗粒为分散相的混合粉体；接着，对混合粉体进行 温等静压处理，然后去除未被所述改质沥青粘结的所述炭素材料初始颗粒，接着，依次进行 下述热处理：不熔化处理、炭化处理以及石墨化处理； (2) -次包覆：将各向同性石墨颗粒、包覆剂以及溶剂在150~300°C下搅拌混合均 匀，然后抽真空，脱除溶剂；然后，将所得产物首先置于排胶炉中，在惰性保护气氛，400~ 550°C下处理10~30小时；再于惰性保护气氛，1000~1400°C炭化10~20小时； (3) 二次包覆：将步骤（2)中所得的物料进行机械融合处理，然后进行碳源包覆处理， 接着进行各向同性加压处理，然后高温烧结； (4) 三次包覆：将多核石墨颗粒、粘结剂以及步骤（3)所得的物料置于混合机中，在 100~150r/min的转速下混合100~120min，得到混合乳状液；然后，将混合乳状液于融合 机中，在1200~1800r/min的转速，融合温度为50~100°C的条件下融合100~160min， 得到融合体；接着，在惰性气体保护下，将融合体置于高温炉中以10~20°C /min升温至 600~700°C炭化处理5~8h，然后以10~20°C /min的降温速度冷却至室温； (5) 将树脂和步骤（4)所得的物料置于混合机中，在1300~1800r/min的转速，融合 温度为50~80°C的条件下融合10~20min，再在2400~2800°C下进行石墨化热处理。
[0014] 下面用具体实施例以及对比例对本发明进行说明。
[0015] 实施例1 一种各向同性石墨负极材料，包括有内核、第一包覆层、第二包覆层层、第三包覆层和 第四包覆层，该内核为各向同性石墨颗粒，其粒度为IOym左右，内核由下列重量份的原料 制成：炭素材料初始颗粒50、改质沥青颗粒10,所述改质沥青颗粒的软化点为13°C，析焦 值为56%左右；该第一包覆层为包覆剂，包覆剂用沥青和/或煤焦油构成，第一包覆层的包 覆量为整个负极材料质量的5% ;该第二包覆层层为非石墨碳材料，其包覆量为整个负极材 料的10% ;该第三包覆层为由粒度1 μπι左右多核石墨颗粒经粘结剂粘结包覆形成，总包覆 量为整个负极