一种低成本复合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低成本复合石墨负极材料及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：将天然石墨球化副产物、人造石墨筛上物混料和沥青颗粒的混合料经过低温热处理和炭化处理，制得复合石墨负极材料；其中，所述天然石墨球化副产物的平均粒径为3～9μm；所述人造石墨筛上物的平均粒径为7～12μm；所述沥青颗粒的质量百分比为2～14％。本发明专利技术复合石墨负极材料的制备方法，生产原料成本低、易于获取，且制备工艺简单，能够实现工业化生产，制得的复合石墨负极材料成本低，且容量大、放电效率高、循环性能好。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本复合石墨负极材料及其制备方法
本专利技术涉及石墨负极材料
，具体涉及一种复合石墨负极材料及其制备方法。
技术介绍
目前，锂离子电池负极材料主要有人造石墨和天然石墨。人造石墨具有循环性能、高低温性能好的优点，却存在压实、克容量不高等不足；而天然石墨的克容量、振实较高，加工性能好，但循环性能、低温性能及倍率性能稍差。近年来，随着新能源行业的发展和石墨行业的加工工艺及设备的不断提高，人们对石墨负极材料提出了更高的要求。其中，如何综合天然石墨和人造石墨的优势，制得低成本且性能较好的复合石墨负极材料显得极为迫切。人造石墨的高低温性能、压实、克容量等性能有明显的提高，但是随着性能的提高，其工艺的复杂性也相应提高，导致材料的加工成本提升，无法满足市场要求；而天然石墨的低成本特性虽然对市场有具有较强的吸引力，但是其循环性能和膨胀性能并没有明显优势。目前的研究中，一般的复合石墨负极材料均是天然石墨与人造石墨的成品混料，即宏观混合，并没有从根本上实现融合，从而充分发挥人造石墨和天然石墨的优点。CN101916857A将天然石墨、人造石墨、树脂类材料，按照一定的比例混合，再经过烘干、低温热处理，即得复合石墨材料，但是，所使用的原料是市场实用化的成品，增加了产品成本，不能满足当今市场对低成本的要求，且制得的材料存在水分超标的风险，需要引入烘干工序。CN102659091A将天然石墨和人造石墨进行物理混合，并采用浓硫酸、浓硝酸、双氧水、臭氧等改性剂进行改性处理，或者采用树脂类或沥青类等包覆剂进行表面包覆。但是其中存在有机污染的液体化学物质，容易造成环境污染，且工艺复杂会导致工业化成本增加，违背了新能源电池的使用初衷。CN101174683A将球形天然石墨、大粒度鳞片人造石墨、小粒度人造石墨三种材料混合制得一种复合石墨。这一技术方案只是单纯的宏观混合，并没有充分发挥二者的协同作用，原料选择方面也存在成本问题。类似的，CN1808745A也存在同样的问题。
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复合石墨负极材料生产成本高、生产过程中容易造成环境污染等问题，而提供的一种复合石墨负极材料及其制备方法。本专利技术的复合石墨负极材料制备方法充分利用天然石墨球化副产物和人造石墨筛上物，结合沥青颗粒作为包覆剂进行表面中低温改性，生产原料成本低，易于获取，且制备工艺简单，能够实现工业化生产，制得的复合石墨负极材料成本低，且容量大、放电效率高、循环性能好。本专利技术主要是通过以下技术手段解决上述技术问题的：本专利技术提供一种复合石墨负极材料的制备方法，其包括以下步骤：将天然石墨球化副产物、人造石墨筛上物和沥青颗粒的混合料经过低温热处理和炭化处理，制得复合石墨负极材料；其中，所述天然石墨球化副产物的平均粒径为3～9μm，较佳地为4～8μm，更佳地为6～7μm；所述人造石墨筛上物的平均粒径为7～12μm，较佳地为8～11μm，更佳地为9～10μm；所述沥青颗粒的用量为2～14％，较佳地为3～12％，更佳地为10％；所述百分比为所述沥青颗粒占所述复合石墨负极材料的质量百分比。本专利技术中，所述天然石墨球化副产物的用量为本领域常规用量，可为20～40％，较佳地为25～35％；所述百分比为所述天然石墨球化副产物占所述复合石墨负极材料的质量百分比。本专利技术中，所述人造石墨筛上物的用量为本领域常规用量，可为50～75％，较佳地为55～70％；所述百分比为所述人造石墨筛上物占所述复合石墨负极材料的质量百分比。本专利技术中，所述天然石墨球化副产物本领域技术人员知晓一般是指天然石墨经处理后，成品以外的产出料；一般可经过分级而得。所述天然石墨球化副产物的最小粒径可为1μm。所述天然石墨球化副产物的形状可为球状和/或土豆状。本专利技术中，所述人造石墨筛上物本领域技术人员知晓一般是指人造石墨经过石墨化处理的成品加工筛上物不合格物料。所述人造石墨筛上物一般可经过粉碎、融合处理。所述人造石墨筛上物的最小粒径可为1μm。本专利技术中，所述沥青颗粒的平均粒径为本领域常规使用包覆剂用粒径，可为5～9μm，较佳地为6～8μm。所述沥青颗粒的软化点可为100～300℃，较佳地为150～250℃。所述沥青颗粒的结焦值可为25～75％，较佳地为35～70％。本专利技术中，所述低温热处理的温度为本领域常规低温热处理温度，可为300～750℃，较佳地为600～650℃。所述低温热处理的时间可为360～720min，较佳地为720min。本领域技术人员知晓在进行所述低温热处理的同时可动态搅拌。本专利技术中，所述炭化处理的温度为本领域常规炭化处理温度，可为850～1350℃，较佳地为1150～1200℃。所述炭化处理的时间可为700～1200min，较佳地为900～1000min。所述炭化处理的设备一般采用静态热处理方式。本专利技术中，所述复合石墨负极材料的制备方法制得的复合石墨负极材料。其平均粒径一般为11.0～17.0μm。本专利技术提供了一种复合石墨负极材料；所述复合石墨负极材料由上述方法制得。本专利技术还提供了一种包括所述复合石墨负极材料的锂离子电池。其中，所述锂离子电池的制备方法为本领域常规方法。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：本专利技术的复合石墨负极材料制备方法充分回收利用天然石墨球化副产物和人造石墨筛上物，结合沥青颗粒作为包覆剂进行表面中低温改性，制备复合石墨负极材料，工艺简单、易于实现工业化生产，制得的复合石墨负极材料具有高容量、长循环、低成本的特点；采用所述复合石墨负极材料制备的锂离子电池首次放电容量大于360mAh/g，且首次放电效率≥92.1％，循环500次后，容量保持率至少可达90.2％。具体实施方式下面通过实施例的方式进一步说明本专利技术，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。实施例1复合石墨负极材料的制备步骤(1)：将1600kg天然石墨球化副产物进行分级，得到平均粒径为3～9μm的球状天然石墨球化副产物；步骤(2)：将1600kg人造石墨筛上物进行粉碎、融合处理，得到粒径为7～12μm的人造石墨筛上物；步骤(3)：将天然石墨球化副产物与人造石墨筛上物混料，并添加5～9μm的沥青颗粒；天然石墨球化副产物、人造石墨筛上物和沥青颗粒的质量百分比分别为40wt％、50wt％和10wt％；沥青的软化点为180±10℃，结焦值为55±15％；步骤(4)：将混合好的物料投入滚筒炉中进行低温热处理，低温热处理的温度为630℃，时间为720min；步骤(5)：将滚筒炉出料进行炭化处理，炭化处理的温度为1150℃，时间为900min，即得平均粒径为15±2μm的复合石墨负极材料。实施例2复合石墨负极材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合石墨负极材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：/n将天然石墨球化副产物、人造石墨筛上物混料和沥青颗粒的混合料经过低温热处理和炭化处理，制得复合石墨负极材料；/n其中，所述天然石墨球化副产物的平均粒径为3～9μm；所述人造石墨筛上物的平均粒径为7～12μm；所述沥青颗粒的用量为2～14％；/n所述百分比为所述沥青颗粒占所述复合石墨负极材料的质量百分比。/n

【技术特征摘要】
1.一种复合石墨负极材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
将天然石墨球化副产物、人造石墨筛上物混料和沥青颗粒的混合料经过低温热处理和炭化处理，制得复合石墨负极材料；
其中，所述天然石墨球化副产物的平均粒径为3～9μm；所述人造石墨筛上物的平均粒径为7～12μm；所述沥青颗粒的用量为2～14％；
所述百分比为所述沥青颗粒占所述复合石墨负极材料的质量百分比。


2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述天然石墨球化副产物的平均粒径为4～8μm，较佳地为6～7μm；所述人造石墨筛上物的平均粒径为8～11μm，较佳地为9～10μm；所述沥青颗粒的用量为3～12％，较佳地为10％；
所述百分比为所述沥青颗粒占所述复合石墨负极材料的质量百分比。


3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述天然石墨球化副产物的用量为20～40％，较佳地为25～35％；所述人造石墨筛上物的用量为50～75％，较佳地为55～70％；
所述百分比为所述天然石墨球化副产物或所述人造石墨筛上物占所述复合石墨负极材料的质量百分比。


4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述天然石墨球化副产物经过分级得到；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：何坤，耿艳辉，刘盼，胡东山，贾春茂，
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