一种锂离子电池石墨负极复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种锂离子电池石墨负极复合材料及其制备方法，本发明专利技术的锂离子电池石墨负极复合材料的制备方法，对石墨前驱体进行干燥处理，能够降低其中的水分，提升细化粉碎过程中的稳定性；同时细化过程进一步降低了颗粒尺寸，有利于缩短锂离子迁移路径，能够大幅度提高材料的快充性能；通过整形处理，提高了材料的球形度，有利于材料各向同性的提升，之后依次对细化前驱体粉末进行高温晶化处理，有利于提高能量密度同时获得良好的加工性能。通过低温热处理，改性包覆无定形碳有利于形成均匀包覆层，降低电化学极化，增强电流性能；改性处理后结构更为稳固，有利于循环性能的提升。

A graphite anode composite material for lithium ion battery and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池石墨负极复合材料及其制备方法
本专利技术属于电化学
，具体涉及一种锂离子电池石墨负极复合材料及其制备方法。
技术介绍
负极材料作为锂电池四大主材之一，在锂离子电池应用中占据重要地位，近年来，随着应用场景的拓展，对锂离子电池材料提出更新的要求，要求具有良好的安全性能、高能量密度、良好的快充性能及低温性能等。其中，在保证能量密度的前提下，提升快充倍率性能(如＞2C)对于锂离子电池长续航使用具有重大意义。申请号201410787061.7公开了快充石墨锂离子电池负极材料及其制备方法。该快充石墨锂离子电池负极材料的制备方法包括下述步骤：(1)将包含有石墨前驱体与沥青的混合物混合、加热捏合、粉碎；其中，所述的石墨前驱体的平均粒径D50为5～10μm，所述的石墨前驱体与所述的沥青的质量比为50:50～90:10；(2)在惰性气体保护下，于300～700℃进行热处理；(3)石墨化。该专利技术的包覆层在石墨化后也转变为石墨，因此倍率提升相对有限。申请号201710186013.6公开了一种高倍率快充石墨的制备方法，其包括如下步骤：(1)原料粉碎整形；(2)混合；(3)石墨化高温处理：将混合料在惰性气体保护下，以2800～3200℃进行石墨化高温处理24～48小时；(4)混料；(5)低温热处理；(6)炭化热处理；(7)混料筛分。该专利技术将原料整形后改性处理，经高温石墨化制备人造石墨，然后再与沥青混合炭化制备快充石墨锂离子电池负极材料。该方法虽然在石墨表面包覆上无定型炭，但需要多次高温热处理，工艺路线较为复杂，能耗较高。申请号201810939161.5公开了一种高倍率快充石墨负极材料的制法，包括将原料粉碎后经过石墨化得到人造石墨，之后将人造石墨与含碳源粘接剂一起进行机械融合处理，炭化，即得到高倍率快充石墨负极材料。该方法经简单破碎即石墨化，所得石墨颗粒形状不规整，表面棱角较多，且采用的粘结剂较少，无法保证对石墨颗粒的均匀包覆。现有的方法存在技术路线复杂，成本高，或很难达到均匀包覆效果，实际生产中很难获得较佳控制。鉴于以上原因，特提出本专利技术。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的以上问题，本专利技术提供了一种锂离子电池石墨负极复合材料及其制备方法，本专利技术制备的复合材料在兼顾高能量密度的前提下，获得无定型碳均匀包覆层，提高了石墨负极材料的快充性能。本专利技术的第一目的，提供了一种锂离子电池石墨负极复合材料，所述的复合材料为二次复合颗粒结构，每个所述的二次复合颗粒结构由多个石墨单颗粒和软碳组成，所述的软碳粘结所述的石墨单颗粒并包覆整个二次复合颗粒结构。进一步的，所述的石墨单颗粒的前驱体为石油焦、沥青焦、针状焦的生焦或煅后焦中的一种或多种，石墨单颗粒前驱体的平均粒径D50为7-13μm，所述软碳的前驱体为沥青，石墨单颗粒的前驱体与软碳的前驱体的质量比为95:5～80:20。进一步的，所述的复合材料的平均粒径D50为10-16μm，比表面积小于1.5m2/g，放电容量大于350mAh/g。本专利技术的第二目的提供了一种锂离子电池石墨负极复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将石墨前驱体干燥粉碎至D50值为7-13μm，整形处理，得到D10值为4-6μm的非晶碳前驱体细粉；(2)将所述的非晶碳前驱体细粉进行高温晶化处理，得到晶化碳材料；(3)将所述的晶化碳材料与沥青混合，得到晶化碳材料混合品，然后在惰性气体下改性处理，得到二次颗粒晶化碳材料；(4)将所述的二次颗粒晶化碳材料在惰性气体保护下低温热处理，得到所述的锂离子电池石墨负极复合材料。进一步的，步骤(1)中所述的石墨前驱体为石油焦、沥青焦、针状焦的生焦或煅后焦中的一种或多种。进一步的，步骤(1)中干燥的温度为150-350℃，干燥时间为0.5-4h，干燥时烘干机的转速为2-20r/min。进一步的，步骤(1)石墨前驱体干燥之前经过粗碎处理，得到粗粉，粗粉的粒度≤2mm。进一步的，步骤(2)中高温晶化处理为在2800-3000℃下烧制1-2h。进一步的，步骤(3)中所述的沥青为石油沥青和/或煤沥青，所述的沥青的D50值为1-10μm。进一步的，晶化碳材料与沥青的质量比为95:5～80:20。进一步的，步骤(3)中混合方式为先经混合机混合，再经机械融合处理，混合时间为1-3h，机械融合转速为200-600rpm，时间为3-30min。进一步的，步骤(3)中所述的惰性气体为氮气或氩气，改性处理为在300-600℃下热处理2-10h。进一步的，步骤(4)中所述的惰性气体为氮气或氩气，低温热处理为在1000-1300℃下热处理2-24h。本专利技术的方法制备的锂离子电池石墨负极复合材料放电容量大于350mAh/g，快充倍率可达2C以上，D50值为10-16μm，振实≥1.05g/cm3，比表≤1.5m2/g，首次效率≥91.0％，C004/C110≤6。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术的锂离子电池石墨负极复合材料的制备方法，对石墨前驱体进行干燥处理，能够降低其中的水分，提升细化粉碎过程中的稳定性；同时细化过程进一步降低了颗粒尺寸，有利于缩短锂离子迁移路径，能够大幅度提高材料的快充性能；通过整形处理，提高了材料的球形度，有利于材料各向同性的提升，之后依次对细化前驱体粉末进行高温晶化处理，有利于提高能量密度同时获得良好的加工性能。通过低温热处理，改性包覆无定形碳有利于形成均匀包覆层，降低电化学极化，增强电流性能；改性处理后结构更为稳固，有利于循环性能的提升。制备的锂离子电池负极材料的电池首次放电容量大于350mAh/g，说明本专利技术的复合材料具有较高的能量密度，快充倍率可达2C以上；(2)本专利技术的工艺路线简单，易于工业化规模生产，本专利技术的锂离子电池石墨负极复合材料同时具有较高的能量密度和较好的快充性能。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。实施例1本实施例的一种锂离子电池石墨负极复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将石油焦干燥粉碎至D50值为7-13μm，干燥的温度为150℃，干燥时间为4h，干燥时烘干机的转速为20r/min，整形处理，得到D10值为4-6μm的非晶碳前驱体细粉；(2)将所述的非晶碳前驱体细粉进行高温晶化处理，高温晶化处理为在2800℃下烧制2h，得到晶化碳材料；(3)将所述的晶化碳材料与石油沥青混合，晶化碳材料与石油沥青的质量比为95:5，石油沥青的D50值为1-10μm，混合方式为先经混合机混合，再经机械融合处理，混合时间为1h，机械融合转速为600rpm，时间为30min，得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池石墨负极复合材料，其特征在于，所述的复合材料为二次复合颗粒结构，每个所述的二次复合颗粒结构由多个石墨单颗粒和软碳组成，所述的软碳粘结所述的石墨单颗粒并包覆整个二次复合颗粒结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池石墨负极复合材料，其特征在于，所述的复合材料为二次复合颗粒结构，每个所述的二次复合颗粒结构由多个石墨单颗粒和软碳组成，所述的软碳粘结所述的石墨单颗粒并包覆整个二次复合颗粒结构。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池石墨负极复合材料，其特征在于，所述的石墨单颗粒的前驱体为石油焦、沥青焦、针状焦的生焦或煅后焦中的一种或多种，石墨单颗粒前驱体的平均粒径D50为7-13μm，所述软碳的前驱体为沥青，石墨单颗粒的前驱体与软碳的前驱体的质量比为95:5～80:20，优选的，所述的复合材料的平均粒径D50为10-16μm，比表面积小于1.5m2/g，放电容量大于350mAh/g。


3.一种权利要求1或2所述的锂离子电池石墨负极复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将石墨前驱体干燥粉碎至D50值为7-13μm，整形处理，得到D10值为4-6μm的非晶碳前驱体细粉；
(2)将所述的非晶碳前驱体细粉进行高温晶化处理，得到晶化碳材料；
(3)将所述的晶化碳材料与沥青混合，得到晶化碳材料混合品，然后在惰性气体下改性处理，得到二次颗粒晶化碳材料；
(4)将所述的二次颗粒晶化碳材料在惰性气体保护下低温热处理，得到所述的锂离子电池石墨负极复合材料。


4.根据权利要求3所述的锂离子电池石墨负极复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的石墨前驱体...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘尚，许晓落，安静，吴琪，吴浩，腰晓甫，
申请(专利权)人：石家庄尚太科技有限公司，山西尚太锂电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13