一种高容量人造石墨负极材料的制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池人造石墨负极材料技术领域

背景技术：

锂离子电池具有高电压、高能量、循环寿命长、无记忆效应等众多优点，已经在消费电子、电动土具、医疗电子等领域获得了广泛应用。在纯电动汽车、混合动力汽车、电动自行车、轨道交通、航空航天、船舶舰艇等交通领域逐步获得推广。同时，锂离子电池在大规模可再生能源接入、电网调峰调频、分布式储能、家庭储能、数据中心备用电源、通讯基站、工业节能、绿色建筑等能源领域也显示了较好的应用前景。现如今,锂离子电池在电化学储能及动力电池领域已经处于不可替代的地位,锂离子电池的性能直接影响着现代储能设备及电动交通工具的发展。

因此，本实验采用性能较差的针状焦为原料,对其表面进行改性处理，从而改善其自身与电解质溶液的相容性差的缺点,提高该产品放电容量、放电效率高以及充放电倍率性能好。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于克服现有针状焦与电解质溶液的相容性差，提供一种高容量人造石墨负极材料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的。

本发明提供了一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其包括下述步骤：

(1)原料粉碎处理：将针状焦进行磨粉，磨粉粒径d50为3～10μm。

(2)原料与辅料的混合：将原料粉末与沥青在混料机中进行混合得到混合料，所述原料粉末与沥青质量比为60:40～99:1。

(3)热处理：混合料在惰性气体保护下，以200～700℃进行热处理5～20h。

(4)石墨化：热处理后的混合料以2800～3200℃，石墨化20～80h。

(5)分级筛分：使用分级机或超声波振动筛对石墨化后样品进行筛分分级。

步骤(1)中所述针状焦为煅前针状焦。

步骤(2)中所述沥青为石油沥青、煤沥青或改制沥青中的一种或几种的混合物，所述沥青的平均粒径d50为2～10μm。

制备所得的高倍率人造石墨负极材料的性能参数为：d50粒径为6～25μm，比表面积≤2m²/g，制成的扣式电池的放电容量≥350mah/g，制成的扣式电池的首次效率≥92％。

本发明同现有技术相比，工序简单，产品性能稳定，产能高，其采用粉碎、热处理、石墨化等方法，制得的产品在电性能方面，具有高容量、高效率的特点，有效提高产品物理性能，采用该方法制成的扣式电池的综合性能优良。

附图说明

图1为本发明实施例5中所制备的人造石墨负极材料的扫描电镜图。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的制备步骤做进一步地阐述。

实施例1

将针状焦(6μm):煤沥青(3μm)＝95:5，在混料机中混合后，在氮气保护下，580℃处理15h，然后将所得物料于3000℃下石墨化48h；石墨化后进行筛分，筛分产品d50为6.591μm。该石墨负极材料制成的扣式电池容量为352.7mah/g，首次效率为92.1％。

实施例2

将针状焦(6μm):石油沥青(3μm)＝95:5，在混料机中混合后，在氮气保护下，650℃处理8h，然后将所得物料于2800℃下石墨化72h；石墨化后进行筛分，筛分产品d50为7.247μm。该石墨负极材料制成的扣式电池容量为354.3mah/g，首次效率为92.7％。

实施例3

将针状焦(6μm):石油沥青(5μm)＝90:10，在混料机中混合后，在氮气保护下，650℃处理12h，然后将所得物料于3000℃下石墨化48h；石墨化后进行筛分，筛分产品d50为7.955μm。该石墨负极材料制成的扣式电池容量为353.8mah/g，首次效率为92.9％。

实施例4

将针状焦(8μm):改制沥青(5μm)＝90:10，在混料机中混合后，在氮气保护下，500℃处理7h，然后将所得物料于3000℃下石墨化36h；石墨化后进行筛分，筛分产品d50为11.326μm。该石墨负极材料制成的扣式电池容量为355.9mah/g，首次效率为92.5％。

实施例5

将针状焦(4.5μm):煤沥青(5μm)＝85:15，在混料机中混合后，在氮气保护下，650℃处理10h，然后将所得物料于3000℃下石墨化70h；石墨化后进行筛分，筛分产品d50为9.356μm。该石墨负极材料制成的扣式电池容量为358.6mah/g，首次效率为93.7％。

对比实施例1

将针状焦(6μm)，在氮气保护下，650℃处理6h，然后将所得物料于3000℃下石墨化72h；石墨化后进行筛分，筛分产品d50为7.101μm。该石墨负极材料制成的扣式电池容量为345.3mah/g，首次效率为90.3％。

效果实施例

(1)将实施例1～5以及对比实施例1中的人造石墨负极材料分别进行粒径、比表面积等项目指标测试，结果参见表1。

(2)采用扣式电池测试方法对实施例1～5以及对比实施例1中的石墨负极材料进行放电容量以及首次效率的测试，结果参见表2。

本发明所采用扣式电池测试方法为:在羧甲基纤维素(cmc)水溶液中加入导电炭黑，然后加入石墨负极材料，最后加入丁苯橡胶(sbr)，搅拌均匀，在涂布机上将浆料均匀的涂在铜箔上做成极片。将涂好的极片放入温度为110℃真空干燥箱中真空干燥4小时，取出极片在辊压机上滚压，备用。模拟电池装配在充氢气的德国布劳恩手套箱中进行，电解液为1mlipf6ec:dec:dmc＝1:1:l(体积比)，金属铿片为对电极。容量测试在美国arbinbt2000型电池测试仪上进行，充放电电压范围为0.005至2.0v，充放电速率为0.1c。

表2实施例及对比实施例的性能参数

从表2的数据可以看出，对比实施例1中的放电容量和首次效率低，比表面积大；采用本发明方法制备的石墨负极材料，比表面积小，放电容量大于350mah/g，首次效率大于92％。