一种锂离子电池石墨负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池石墨负极材料及其制备方法，所述方法包括：1)将石油焦进行粉碎处理；2)将步骤1)得到的石油焦粉末与沥青1进行包覆改性处理；3)将步骤2)得到的物料进行石墨化处理；4)将步骤3)得到的物料进行筛分处理；5)将步骤4)得到的物料与沥青2进行融合处理；6)将步骤5)得到的物料进行真空碳化处理；7)将步骤6)得到的物料进行筛分处理，得到成品。本发明专利技术的锂离子电池石墨负极材料快速充电性能优异，放电容量和首次充放电效率较高，循环性能较好，低温性能较好，其快速充电倍率达到3C以上，首次放电容量在350mAh/g以上，首次充放电效率在92％以上，500周循环容量保持率在90％以上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池生产领域，具体涉及一种锂离子电池石墨负极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池是一种二次电池，即充电电池，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池负极材料一般为石墨负极材料，是现代高性能电池的代表。锂离子电池以其能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等特点，在手机、笔记本电脑和电动工具等方面已经得到迅速普及。随着各种产品对小型轻量及多功能、长时间驱动化的要求不断增加，锂离子电池性能仍将依赖于负极材料的发展和完善，但锂离子电池容量的提高已达到瓶颈。因此，提高充电速率，缩短充电时间就显得尤为重要。长期以来提高锂离子电池负极材料的比容量，减少首次不可逆容量，提高快速充电性能，一直是研究开发的重点。锂离子二次电池负极材料目前主要以石墨类为主，其中包括人造石墨、中间相石墨和天然石墨。由于天然石墨循环性能较差、循环膨胀较大，中间相石墨容量较低，因此人造石墨更加受到青睐。然而一般的人造石墨循环性能虽然优异，但是快速充电性能较差，应用受到限制。基于上述原因，需要对现有技术的锂离子电池石墨负极材料及其制备方法进行改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，以克服现有的人造石墨快速充电性能差、低温性能差、循环膨胀大等缺陷。本专利技术的目的还在于提供上述方法制得的锂离子电池石墨负极材料，以克服现有的人造石墨快速充电性能差、低温性能差、循环膨胀大等缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：1)将石油焦进行粉碎处理；2)将步骤1)得到的石油焦粉末与沥青1进行包覆改性处理；3)将步骤2)得到的物料进行石墨化处理；4)将步骤3)得到的物料进行筛分处理；5)将步骤4)得到的物料与沥青2进行融合处理；6)将步骤5)得到的物料进行真空碳化处理；7)将步骤6)得到的物料进行筛分处理，得到成品。由于石油焦的品质较好、稳定性好、更易石墨化、产品容量高，因此本专利技术选择石油焦为石墨负极原料。作为优选，上述技术方案中：所述步骤1)中，所述石油焦粉碎后的平均粒径为7～25μm。原料的尺寸大小直接影响到锂离子扩散的距离，原料粒径越小，扩散距离就越短，相应扩散时间就越短，从而实现快速充电的效果。作为优选，上述技术方案中：所述步骤2)中，所述包覆改性处理的石油焦粉末与沥青1质量比为80:20～98:2，进一步优选为90:10～98:2。所述包覆改性处理的温度为：从30℃开始以3℃/min的升温速率升温到500℃，之后于500℃恒温2h。随着温度的升高逐步使沥青软化、液化，去除轻组分，对原料达到包覆、造粒的效果。作为优选，上述技术方案中：所述步骤3)中，所述石墨化处理的温度为2600～3000℃，进一步优选为2800～3000℃。石墨化温度越高，容量越高，但快充性能会略有下降。作为优选，上述技术方案中：所述步骤5)中，所述融合处理使用的设备为机械融合机。其原理是利用外在的机械力，使沥青依附或镶嵌在石墨材料上，从而使颗粒之间的接触更紧密，达到包覆效果；同时，由于物料在融合过程中受到挤压，颗粒表面形貌更加规整，改善材料的加工性能。融合频率为10～50Hz，融合时间为2～60min，石墨化后的物料筛分后与沥青2质量比为90:10～98:2，进一步优选为92:8～97:3。作为优选，上述技术方案中：所述步骤6)中，所述真空碳化处理的温度为：从30℃开始升温到1300～1800℃，升温速率为2℃/min，之后于1300～1800℃恒温5h；进一步优选为：从30℃开始升温到1300～1600℃，升温速率为2℃/min，之后于1300～1600℃恒温5h。温度越高，首次充放电效率越高，但快充和低温性能会有下降。作为优选，上述技术方案中：所述步骤2)和所述步骤5)中，所述沥青为石油沥青或者煤沥青，进一步优选为石油沥青。石墨表面包覆石油沥青这类无定型炭，可以大幅降低石墨材料的电化学阻抗，从而提升快速充电性能。作为优选，上述技术方案中：所述步骤4)和所述步骤7)中，所述的筛分处理为经270～400目的振动筛筛分。作为优选，上述技术方案中：所述各步骤制备得到的成品为表面包覆非晶型碳的人造石墨。本专利技术涉及的主原料石油焦，其真密度为1.35～2.10g/cm3，其挥发份含量为0.2～8％，比表面积为2～10m2/g，参数如表1所示；且由上述制备方法制得的锂离子电池石墨负极材料，较佳的，其平均粒径为7～50μm，比表面积≤2.0m2/g，首次放电容量≥350mAh/g；本专利技术制备的锂离子电池石墨负极材料的性能参数如表2所示。表1本专利技术涉及的主原料石油焦的参数序号项目指标分析方法1真密度，g/cm31.35～2.10激光法2挥发份，％0.2～8％重量法3比表面积，m2/g2～10氮吸附法4灰分，％≤2.0重量法表2本专利技术制备的锂离子电池石墨负极材料的性能参数由表1和表2可以得出，本专利技术的锂离子电池石墨负极材料，有效地降低了材料的比表面积，其制成的扣式电池的容量较高，效率较高，综合性能优良。另外，本专利技术涉及的原料和试剂均市售可得。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的制备方法可得到性能优异的人造石墨负极材料。本专利技术对原料进行造粒形成二次颗粒结构，二次颗粒结构的材料比单颗粒结构的材料的各向同性度增加，使锂离子嵌入的选择方向更多，提升了材料的快速充电性能。因此，本专利技术其更优异的性能为快速充电性能较市场上的常规产品更高。本专利技术中锂离子电池石墨负极材料的制备方法，工艺简便易行，原料来源广泛且成本低。由于本专利技术采用了包覆改性处理、石墨化处理、融合处理以及真空碳化处理等工艺，提高了材料的各向同性度，提升了材料的快速充电性能，充放电首次效率较高，循环性能较好，同时提升了材料的低温性能，其在3C～6C下快速充电不析锂，首次放电容量在350mAh/g以上，首次充放电效率在92％以上，500周循环容量保持率在90％以上。附图说明图1为本专利技术石墨负极材料实施例3的首次充放电曲线。图2为本专利技术石墨负极材料实施例3的扫描电镜图。图3为本专利技术石墨负极材料实施例3的循环性能图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。本专利技术实施例中的原料均为常规市售产品。实施例1首先将石油焦进行粉碎处理，其中石油焦真密度为1.5g/cm3，挥发份为5％，比表面积为3.8m2/g，灰分为1.0％，粉碎后的粒径D50为10.2μm。然后将粉碎后的石油焦与石油沥青按质量比94:6包覆改性处理，包覆改性处理温度为：从30℃开始升温到500℃，升温速率为3℃/min，500℃恒温2h。然后将包覆改性处理后的物料进行石墨化处理，石墨化处理温度为2800℃。然后将石墨化处理后的物料进行300目筛分处理，再与石油沥青按质量比95:5进行融合处理，融合频率为30Hz，融合时间为10min。然后再进行真空碳化处理，真空碳化处理温度为：从30℃开始升温到1300℃，升温速率为2℃/min，之后于1300℃恒温5h。最后将真空碳化处理后的物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将石油焦进行粉碎处理；2)将步骤1)得到的石油焦粉末与沥青1进行包覆改性处理；3)将步骤2)得到的物料进行石墨化处理；4)将步骤3)得到的物料进行筛分处理；5)将步骤4)得到的物料与沥青2进行融合处理；6)将步骤5)得到的物料进行真空碳化处理；7)将步骤6)得到的物料进行筛分处理，得到成品。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)将石油焦进行粉碎处理；2)将步骤1)得到的石油焦粉末与沥青1进行包覆改性处理；3)将步骤2)得到的物料进行石墨化处理；4)将步骤3)得到的物料进行筛分处理；5)将步骤4)得到的物料与沥青2进行融合处理；6)将步骤5)得到的物料进行真空碳化处理；7)将步骤6)得到的物料进行筛分处理，得到成品。2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述的石油焦进行粉碎处理，粉碎后的平均粒径为7～25μm。3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述包覆改性处理的温度为：从30℃开始以3℃/min的升温速率升温到500℃，之后于500℃恒温2h；并且，所述的粉碎后的石油焦粉末与沥青1的质量比为80:20～98:2。4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中，所述的石墨化的温度为2600～3000℃。5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中，所述融...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，娄文君，李虹，苗荣荣，吴志红，乔永民，吴仙斌，
申请(专利权)人：上海杉杉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31