一种石墨负极材料、锂离子电池及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种石墨负极材料、锂离子电池及制备方法和应用。该材料的制备方法包括下列步骤：①将人造石墨原材料进行粉碎、整形处理后，制得粉料；②将粉料进行石墨化处理得物料A；③将物料A进行筛分处理得物料B；④将物料B与粘结剂的混合物进行表面包覆改性处理得物料C；⑤将物料C进行碳化处理即得。本发明专利技术的石墨负极材料具有较高的振实密度，电池容量相对较高，各特征相互作用，提高材料的综合优势，保证高容量、高压实的特性，提高材料高倍率性能；有利于提高锂离子电池石墨负极材料低温电性能，工序简单、生产成本低，适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨负极材料、锂离子电池及制备方法和应用
本专利技术涉及一种石墨负极材料、锂离子电池及制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池凭借其高比能量、高工作电压、充放电速度快、循环寿命长、安全无污染等优点，己经成功取代其他二次电池，成为3C市场的主要能源，而且大大地推动了电动汽车EV和HEV的产业化进程，随着我们国家在新能源领域的大力支持，一系列相关的补贴政策推进；当前，纯电动汽车大规模的产业化所面临的第一障碍，就是“里程焦虑”的问题。对于纯电动汽车而言，其续航里程是由动力电池系统的能量密度决定的，因此动力系统的能量密度就成了制约电动汽车续航的里程决定性因素。目前，所使用的锂电池负极材料，容量普遍偏低，为了提高动力系统的能量密度，被迫开发更高能量密度的石墨负极材料，因此近年来针对EV和HEV上使用的人造石墨负极材料，成为重点研究对象。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中锂离子电池石墨负极材料充电容量低、低温性能差，而提供一种石墨负极材料、锂离子电池及制备方法和应用。本专利技术的锂离子电池石墨负极材料制备工序简单，放电容量高且放电稳定性高，能量密度高、低膨胀、同时兼顾高低温性能，应用于汽车领域有很大的优势。本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题。本专利技术提供了一种石墨负极材料的制备方法，其包括下列步骤：(1)将人造石墨原材料进行粉碎、整形处理后，制得粉料；(2)将所述粉料进行石墨化处理，得物料A；(3)将所述物料A进行筛分处理，得物料B；(4)将所述物料B与粘结剂的混合物进行表面包覆改性处理，得物料C；其中，所述粘结剂与物料B的质量比为0.03～0.05；所述表面包覆改性处理分为第一阶段、第二阶段；所述第一阶段的温度为300～350℃，所述第一阶段的时间为3～4h，所述第二阶段的温度为640～680℃，所述第二阶段的时间为3～5h；(5)将所述物料C进行碳化处理，即得所述石墨负极材料。步骤(1)中，所述人造石墨原材料为本领域制备石墨负极材料常规使用的人造石墨原材料，较佳地为石油焦和/或沥青焦。所述石油焦可为本领域常规的石油焦，较佳地为煅后的针状焦。步骤(1)中，所述粉碎的操作可使用本领域常用的粉碎设备。所述粉碎处理后所得产品的中位粒径D50可为本领域常规，较佳地为7～10μm，更佳地为8～8.5μm。若粉碎后产品的粒径大于10μm，石墨负极材料的原始颗粒晶胞过大，后续做成电池之后，材料的膨胀过大，致使电池膨胀，引起安全问题。步骤(1)中，所述整形处理可使用本领域常用的整形设备进行，其操作和条件可为本领域常规。步骤(1)中，所述整形处理的操作之后，较佳地将粉料混合均匀。步骤(2)中，所述石墨化处理的方法和条件可为本领域常规石墨化处理的方法和条件。较佳地，在惰性气氛和/或卤素气氛下进行石墨化处理。所述惰性气氛可为本领域常规的惰性气氛，一般为氮气、氦气和氩气中的一种或多种。所述卤素气氛为本领域常规的卤素气氛，较佳地为氯气。步骤(2)中，所述石墨化处理的操作和条件可为本领域常规，例如可使用本领域常用的石墨化炉，较佳地为艾奇逊型石墨化炉。步骤(2)中，所述石墨化处理的温度较佳地为2600～3000℃，更佳地为2800～3000℃，最佳地为2900℃。步骤(2)中，所述石墨化处理的时间较佳地为75～95h，更佳地为90h。步骤(3)中，所述筛分处理的操作和条件可为本领域常规，例如可使用本领域常规的筛分设备。所述筛分处理较佳地为振动筛分处理。所述筛分处理中所用筛网目数较佳地为200～250目，更佳地为200目。步骤(4)中，所述粘结剂与物料B的质量比较佳地为0.04。步骤(4)中，所述粘结剂可为石墨负极材料领域常规使用的粘结剂，较佳地为沥青。所述沥青较佳地为软化点为250～280℃，且结焦值为75～90％的沥青。步骤(4)中，所述混合物可通过本领域常规方法获得，一般将所述物料B与所述粘结剂混合即可。所述混合的操作和条件可为本领域常规的操作和条件。所述混合的时间不做具体限定，根据所述物料B与所述粘结剂的混合均匀程度决定，较佳地为35～60min，更佳地为45～60min。步骤(4)中，所述表面包覆改性处理使用本领域常用的包覆设备进行，较佳地为卧式包覆釜。步骤(4)中，所述第二阶段的温度较佳地为650～655℃。步骤(4)中，所述第二阶段的时间较佳地为5h。步骤(4)中，所述表面包覆改性处理一般在搅拌的条件下进行，所述搅拌的速度较佳地为8rpm/min。步骤(4)中，所述表面包覆改性处理较佳地在惰性气氛保护的条件下进行。所述惰性气氛可为本领域常规的惰性气氛，较佳地为氮气。所述惰性气氛的流量较佳地小于2.0m3/h。步骤(4)中，根据本领域常识可知，在所述表面包覆改性处理的过程中，同时进行造粒。步骤(4)中，若粘结剂与物料B的质量比大于0.05，会导致残留碳偏多一点，影响到产品的最后容量，小于0.03粘接性会小，最后得到的产品粒径会偏小一点，还会影响表面包覆的效果。故粘结剂与物料B的质量比需在0.03～0.05的范围内，才能够解决本专利技术的技术问题。步骤(5)中，所述碳化处理的方法和条件可为本领域常规的碳化处理的方法和条件。所述碳化处理较佳地在惰性气氛保护下进行，所述惰性气氛可为本领域常规的惰性气氛，较佳地为氮气、氦气和氩气等中的一种或多种。步骤(5)中，所述碳化处理可使用本领域常用的碳化设备，较佳地为推板窖或辊道窑，更佳地为辊道窑。步骤(5)中，所述碳化处理的温度较佳地为1250～1350℃。步骤(5)中，所述碳化处理的操作较佳地按照下述方法进行：在惰性气氛的条件下，以2～3℃/min的升温速度，较佳地以2.28℃/min的升温速度由200℃升温至1250～1350℃，保温20～26h，较佳地保温20～24h，更佳地保温23h。步骤(5)中，所述的碳化处理之后，较佳地进行混料和筛分处理。其中，所述混料的操作和条件可为本领域常规。其中，所述筛分处理可使用本领域常规的筛分设备，较佳地为超声波振动筛。所述筛分处理的筛网目数较佳地为300～325目。所述筛分处理的时间不做具体限定，根据碳化处理后较大颗粒物料的清除情况决定，较佳地为6～8h。本专利技术还提供了一种由上述制备方法制得的石墨负极材料。所述石墨负极材料的中位粒径D50为13～16μm，较佳地为14～15μm，更佳地为15.2、16.81或17.96μm。本专利技术还提供了一种前述石墨负极材料作为锂离子电池负极材料的应用。本专利技术还提供了一种锂离子电池，其负极材料为前述石墨负极材料。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。本专利技术所用试剂和原料均市售可得。本专利技术的积极进步效果在于：(1)本专利技术的石墨负极材料具有较高的振实密度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨负极材料的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：/n(1)将人造石墨原材料进行粉碎、整形处理后，制得粉料；/n(2)将所述粉料进行石墨化处理，得物料A；/n(3)将所述物料A进行筛分处理，得物料B；/n(4)将所述物料B与粘结剂的混合物进行表面包覆改性处理，得物料C；/n其中，所述粘结剂与物料B的质量比为0.03～0.05；所述表面包覆改性处理分为第一阶段、第二阶段；所述第一阶段的温度为300～350℃，所述第一阶段的时间为3～4h，所述第二阶段的温度为640～680℃，所述第二阶段的时间为3～5h；/n(5)将所述物料C进行碳化处理，即得所述石墨负极材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨负极材料的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：
(1)将人造石墨原材料进行粉碎、整形处理后，制得粉料；
(2)将所述粉料进行石墨化处理，得物料A；
(3)将所述物料A进行筛分处理，得物料B；
(4)将所述物料B与粘结剂的混合物进行表面包覆改性处理，得物料C；
其中，所述粘结剂与物料B的质量比为0.03～0.05；所述表面包覆改性处理分为第一阶段、第二阶段；所述第一阶段的温度为300～350℃，所述第一阶段的时间为3～4h，所述第二阶段的温度为640～680℃，所述第二阶段的时间为3～5h；
(5)将所述物料C进行碳化处理，即得所述石墨负极材料。


2.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述人造石墨原材料为石油焦和/或沥青焦；所述石油焦较佳地为煅后的针状焦；
和/或，步骤(1)中，所述粉碎处理后所得产品的中位粒径D50为7～10μm，较佳地为8～8.5μm；
和/或，所述整形处理的操作之后，将粉料混合均匀。


3.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在惰性气氛和/或卤素气氛下进行石墨化处理；所述惰性气氛较佳地为氮气、氦气和氩气中的一种或多种；所述卤素气氛较佳地为氯气；
和/或，所述石墨化处理在石墨化炉中进行，较佳地在艾奇逊型石墨化炉中进行；
和/或，所述墨化处理的温度为2600～3000℃，较佳地为2800～3000℃，更佳地为2900℃；
和/或，所述石墨化处理的时间为75～95h，较佳地为90h。


4.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述筛分处理为振动筛分处理；所述筛分处理中所用筛网目数为200～250目，较佳地为200目。


5.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述粘结剂与物料B的质量比较佳地为0.04；
和/或，所述粘结剂为沥青，所述沥青较佳地为软化点为250～280℃，结焦值为7...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾凯，丁晓阳，李虹，王旭峰，杜飞，兰珊，张淼，
申请(专利权)人：宁波杉杉新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33