电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种电池负极材料，包括第一颗粒和包覆在第一颗粒表面的第一包覆层，以及第二颗粒和包覆在第二颗粒表面的第二包覆层，第二颗粒附着在第一颗粒表面，第一颗粒的平均粒径为12-25μm，第二颗粒的平均粒径为2-6μm，第一、第二颗粒以及第一、第二包覆层均为石墨。本发明专利技术还涉及一种上述电池负极材料的制备方法。上述电池负极材料通过平均粒径较小的第二颗粒附着在第一颗粒表面，可增加第一颗粒之间的接触，起到导电剂的作用，且相较于添加非活性物质的导电剂，本发明专利技术的电池负极材料的容量不受影响。由于第二颗粒的间隔，可在第一颗粒间保持较多的空隙，能维持较多的电解液保有量，并可为电解液提供更多的扩散通道。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池材料领域，特别是涉及一种负极材料以及该负极材料的制备方 法。
技术介绍
随着数码产品功能越来越强大、电动汽车续航里程越来越长，对锂离子电池的能 量密度要求越来越高。负极材料是提高锂离子电池能量密度的关键之一。从负极的角度来 讲，为提高电池能量密度，通常主要通过提高负极材料的克比容量、压实密度、极片敷料中 活性物质含量三个方面来达到目的。 目前，高端天然石墨和高端人造石墨负极材料比容量已经可以达到365-370mAh/ g，接近石墨负极材料的理论容量372mAh/g。因此通过提高石墨负极材料的克比容量来提高 电池能量密度，此一途径的提升空间较小。 市场上对高能量密度型的高端负极材料均要求压实密度达到1.70g/cm3以上。但 是在压实密度达到1.70g/cm3以上后，负极材料被压得非常紧密，原本在负极材料颗粒之间 存在的孔隙被堵住，从而电解液在电极中的扩散通道大大减少，渗液性极大减弱，导致在电 池制作过程中电解液保有量减少，进而劣化电池循环性能。因此在实际电池制备中，为了确 保电解液渗入，通常压实密度都不会太高。 为提高导电性，在制备电池时，通常会在负极中添加一定量的导电剂，目前常用的 为乙炔黑(AB)、导电碳黑（SP)等，但其克比容量和首次效率都偏低，会降低电池能量密度。 为提高极片的活性物质含量，人们通常会减少导电剂(如导电炭黑等)添加量，甚至不加导 电剂，但是减少导电剂的添加量显然会降低极片的导电性，将会导致锂离子电池各方面性 能的劣化;人们亦有采用少量导电性更好但价格贵得多的碳纳米管、碳纤维、石墨烯等新型 碳材料替代。 中国专利申请第200310108982.8号将天然石墨与煤焦油/煤沥青/石油沥青等进 行固-液混合后，在压力条件下高温反应，然后萃取、干燥，炭化或石墨化后获得的锂离子电 池负极材料具有优秀的循环性能。但是该专利申请提供的方法在固-液反应过程中产生大 量的有机蒸汽，存在不环保、具有极大的安全隐患及工艺复杂等缺陷。 中国专利第201310036463.9号采用化学气相法制备出碳纳米管/石墨复合负极材 料，在负极表面形成连续导电网络，提高电极导电性，使负极材料具有很好的电池动力学性 能、循环性能、充放电容量，并能提高电池极片的柔韧性。但是该专利提供的方法制备工艺 复杂，难控制，催化剂需要使用硫酸或硝酸去除，但仍有可能在负极材料中残留金属杂质。
技术实现思路
基于此，本专利技术旨在提供一种生产解决上述问题的具有优秀综合性能的负极材料 的方法。通过中间相反应，将小颗粒石墨或易石墨化炭粘结在大颗粒石墨或易石墨化炭表 面，经石墨化后制得表面粘附有小颗粒石墨的负极材料，提高电池极片导电性，同时为高压 实密度下电解液透提供更多的扩散通道。本方法产品包覆层完整，无液相参加反应，安全环 保。本专利技术还提供一种容量高、压实密度高、能够提高极片活性物质含量，且循环性能 优秀的负极材料。所述的负极材料应用于锂离子电池，电池具有较高的能量密度、优秀的循 环寿命。 -种电池负极材料，包括第一颗粒和包覆在第一颗粒表面的第一包覆层，第一颗 粒的平均粒径为12_25μπι，还包括第二颗粒以及包覆在第二颗粒表面的第二包覆层，所述第 二颗粒粘接在第一颗粒表面，所述第二颗粒的平均粒径为2_6μπι，第一颗粒、第二颗粒以及 第一、第二包覆层均为石墨。 -种电池负极材料的制备方法，步骤包括： 原料准备步骤，提供原料一、原料二和原料三，其中原料一为天然石墨和/或人造 石墨和/或焦炭，平均粒径为12-25μηι;原料二为天然石墨和/或人造石墨和/或焦炭，平均粒 径为2_6μπι;原料三为沥青，平均粒径0.5_3μπι; 预混步骤，将上述原料一和原料三按100:1-100:15的质量比混合均匀得到中间物 一，将上述原料二和原料三按1 〇〇: 15-100:1的质量比混合均匀得到中间物二，将中间物一 和中间物二按100:1 -100:30的质量比混合均匀，得到混合物；反应步骤，将所述混合物置于耐压加热反应容器中，通入保护气体以置换反应容 器中的空气后，密封反应容器并升温，其中按l〇-15°C/min的升温速度升至400°C-500°C，保 温l_3h，然后按l-5°C/min的升温速度升至550°C_650°C，保温l_8h;升温和保温过程中通入 保护气体，持续搅拌;然后冷却； 炭化步骤，在惰性气体保护下，于900-1300°C的温度环境中进行热处理；以及 石墨化步骤，在惰性气体保护下，于2700°C以上的温度环境中进行石墨化处理。在其中一个实施例中，石墨化步骤后，还进行筛分步骤。 在其中一个实施例中，所述反应步骤中通入的保护气体为N2或Ar，置换反应容器 中的空气的时长为l_3h。在其中一个实施例中，所述中间物一中还添加入少于10%(质量百分比）的石墨化 催化剂。 在其中一个实施例中，所述中间物二中还添加入少于10% (质量百分比）的石墨化 催化剂。在其中一个实施例中，所述石墨化催化剂为碳化硅和/或氧化铁。 在其中一个实施例中，所述沥青为石油系和/或煤系高温沥青、中温沥青、低温沥 青中的一种或几种。上述电池负极材料以及制备方法，通过平均粒径较小的第二颗粒附着在第一颗粒 表面，可增加第一颗粒表面相互之间的接触，起到导电剂的作用。且由于第二颗粒的间隔， 即便电池负极材料在制备极片过程中被辊压，仍然可在第一颗粒间保持较多的空隙，能维 持较多的电解液保有量，并可为电解液提供更多的扩散通道，以提高电池极片的渗液性。另 外由于第二颗粒为活性物质，相较于添加非活性物质的导电剂，本专利技术的电池负极材料的 容量不受影响。【附图说明】 图1为本专利技术提供的电池负极材料的结构示意图。 图2为图1所示电池负极材料的电镜照片。 图3为一般电池负极材料在负极片上被辊压前后的结构变化示意图。 图4为本专利技术提供的电池负极材料在负极片上被辊压前后的结构变化示意图。【具体实施方式】 本专利技术提供的电池负极材料的制备方法，包括如下步骤： -、原料准备： 原料一，天然石墨和/或人造石墨和/或焦炭，平均粒径D50为12-25μπι; 原料二，天然石墨和/或人造石墨和/或焦炭，平均粒径D50为2-6μπι; 原料三，沥青:平均粒径0.5_3μπι。所述沥青可为石油系和/或煤系高温沥青、中温 沥青、低温沥青中的一种或几种。 二、预混： 1)将上述原料一和原料三按100:1-100:15的质量比混合均匀得到中间物一;混合 原料一和原料三还可同时添加入0-10% (质量百分比）的石墨化催化剂，如碳化硅和/或氧 化铁。 2)将上述原料二和原料三按100:15-100:1的质量比混合均匀得到中间物二;混合 原料二和原料三还可同时添加入0-10% (质量百分比）的石墨化催化剂，如碳化硅和/或氧 化铁。 3)将中间物一和中间物二按100:1 -100:30的质量比混合均匀，得到混合物； 三、反应 1)将上述混合物引入能完全密封且带搅拌功能的耐压加热反应容器中，通入Ν2或 Ar置换反应容器中的空气，置换空气的时间可持续l_3h;升温分两段进行，首先，按10-15 °C/min的升温速度升至400°C-500°C，保温l_3h;然后按l-5°C/min的升温速度升本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池负极材料，包括第一颗粒和包覆在第一颗粒表面的第一包覆层，第一颗粒的平均粒径为12‑25μm，其特征在于，还包括第二颗粒以及包覆在第二颗粒表面的第二包覆层，所述第二颗粒粘接在第一颗粒表面，所述第二颗粒的平均粒径为2‑6μm，第一颗粒、第二颗粒以及第一、第二包覆层均为石墨。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴泽轶，张浩，石九菊，吴云胜，何晓云，胡晓东，蒋勇明，郜长福，
申请(专利权)人：深圳市金润能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44