一种石墨负极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种石墨负极材料及其制备方法、锂离子电池。该石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：将焦类原料和含铜络合物的混合物进行煅烧，制得炭化粉料；再经过热处理、石墨化，制得石墨负极材料；其中，所述含铜络合物的用量为2～6％，％是指含铜络合物在混合物中的质量百分比。本发明专利技术通过加入含铜络合物对焦类原料进行改性，制得的石墨负极材料加工性能好；制得的极片反弹小、压实密度高；采用本发明专利技术的石墨负极材料制得的锂离子电池同时具备高能量密度和高倍率放电的性能。能量密度和高倍率放电的性能。能量密度和高倍率放电的性能。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨负极材料及其制备方法、锂离子电池


[0001]本专利技术涉及一种石墨负极材料及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池的关键技术之一在于负极材料的选择和研究，而负极材料的质量好坏直接影响电池的电化学性能。目前，碳材料已成为商业化的锂离子电池负极材料；其中人造石墨由于结构稳定性高、嵌锂性能优良、循环寿命长和极片加工性能好等优势，得到业内的广泛肯定和使用，但其压实密度和能量密度仍达不到天然石墨的水平。
[0003]随着电子产品的小型化和高性能化，市场对锂离子电池高能量密度化的要求不断提高。尽管当前商业化的锂离子电池负极材料的制备技术较为成熟，但由于要求逐渐提高，尤其对能量密度和快充方面的要求越来越苛刻，目前石墨的充放电倍率和能量密度难以满足市场需求。为提高充放电倍率，部分厂家对人造石墨进行改性处理，如中国专利CN201711333907.X通过将碳微球和人造石墨单颗粒造粒、石墨化，制备了高容量高倍率的复合石墨负极材料；但其充电倍率只能达到1
‑
2C，充电倍率依然不高，难以满足更高倍率的使用要求。为提高能量密度，部分厂家采用将单颗粒石墨化材料和二次颗粒石墨化材料进行混配的方式，如中国专利CN201910987301.0将单颗粒石墨化材料与二次颗粒石墨化材料进行混配，得到单颗粒、二次颗粒混合的高能量密度石墨负极材料，但容量只有358mAh/g以下，不能满足高能量密度的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中石墨负极材料难以同时满足高能量密度和高倍率放电，提供了一种石墨负极材料及其制备方法、锂离子电池。本专利技术通过加入含铜络合物对焦类原料进行改性，制得的石墨负极材料加工性能好；制得的极片反弹小、压实密度高；采用本专利技术的石墨负极材料制得的锂离子电池同时具备高能量密度和高倍率放电的性能。
[0005]本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题。
[0006]本专利技术提供了一种石墨负极材料的制备方法，其包括以下步骤：将焦类原料和含铜络合物的混合物进行煅烧，制得炭化粉料；再经过热处理、石墨化，制得石墨负极材料；
[0007]其中，所述含铜络合物的用量为2～6％，％是指含铜络合物在混合物中的质量百分比。
[0008]本专利技术中，所述焦类原料的种类可为石油生普焦、石油生针焦、石油煅后普焦、石油煅后针焦、煤系生普焦、煤系生针焦、煤系煅后普焦和煤系煅后针焦中一种或多种，例如石油生针焦或煤系生针焦。
[0009]本专利技术中，所述焦类原料的粒径可为4～10μm，优选为6～8μm，例如6μm或8μm。
[0010]本专利技术中，所述含铜络合物的种类可为有机含铜络合物，例如EDTA螯合铜或酒石酸铜。
[0011]本专利技术中，所述含铜络合物的用量优选为2～3％，例如2％或3％。
[0012]本专利技术中，所述混合物可通过将所述焦类原料和所述含铜络合物混合5～20min制得。所述混合的时间优选为10min或15min。
[0013]其中，所述混合的设备可为机械融合机。
[0014]本专利技术中，所述煅烧的温度可为1000～1200℃，优选为1100～1200℃，例如1150℃或1200℃。
[0015]本专利技术中，所述煅烧的时间可为1～3h，例如1h或2h。
[0016]本专利技术中，所述煅烧的设备可为本领域常规，例如炭化窑炉。
[0017]本专利技术中，所述煅烧可在惰性气氛下进行。所述惰性气氛不局限与惰性气体，还可包括氮气。所述惰性气氛可为氮气或氦气。
[0018]本专利技术中，优选地，所述热处理前还包括将所述炭化粉料和粘接剂混合的操作。
[0019]其中，所述粘接剂的种类可为本领域常规，例如沥青。
[0020]其中，所述粘接剂的用量优选为6～10％，例如6％或10％，％是指粘接剂在总物料中的质量百分比。
[0021]本专利技术中，所述热处理的温度可为本领域常规，优选为300～700℃，例如400℃。
[0022]本专利技术中，所述热处理的时间可为0.75～1.5h，例如1h。
[0023]本专利技术中，所述石墨化的温度可为本领域常规，优选为3000～3200℃，例如3100℃或3200℃。
[0024]本专利技术中，所述石墨化的时间可为本领域常规，优选为20～50h，例如40h或45h。
[0025]本专利技术中，含铜络合物在经过煅烧和热处理的工艺后，在石墨化过程中作为造孔剂，提高电子传输速率，进一步提高电化学性能，最终含铜络合物在石墨化过程中挥发。若采用无机铜原料，其与焦类原料的结合较差，降低改性和催化效果，最终影响产品性能。
[0026]本专利技术中，所述石墨化后还可包括筛分的操作。
[0027]本专利技术中，所述石墨负极材料的粒径D
v
50可为13～19μm，例如14μm、15μm，或16μm。
[0028]本专利技术还提供了一种石墨负极材料，其由上述制备方法制得。
[0029]本专利技术还提供了一种锂离子电池，其包括上述的石墨负极材料。
[0030]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。
[0031]本专利技术所用试剂和原料均市售可得。
[0032]本专利技术的积极进步效果在于：
[0033]本专利技术通过加入含铜络合物对焦类原料进行改性，制得的石墨负极材料应用于锂离子电池时具有较高的能量密度，同时兼顾了高倍率充放电性能。本制备方法工艺简单，操作方便，生产设备少，从而进一步降低成本，便于推广应用，适于大规模生产。
[0034]本专利技术的石墨负极材料加工性能好，压实密度高，可达1.9g/cm3以上；制得的极片反弹小，反弹率不到10％。采用本专利技术的石墨负极材料制得的锂离子电池首次放电容量在360mAh/g以上；倍率性能优异，可以做到3C～5C的充放电，3C容量保持率可以达到95％以上，5C容量保持率可以达到85％以上。
附图说明
[0035]图1为实施例2制得的石墨负极材料的SEM图。
具体实施方式
[0036]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。
[0037]下述实施例和对比例中，石油生针焦EDTA螯合铜、酒石酸铜均为常规市售。
[0038]实施例1
[0039](1)混料
[0040]将粉碎到粒径为6μm的石油生针焦与EDTA螯合铜按100:2质量比加入机械融合机中处理10min，得到混合物物料；
[0041](2)高温煅烧
[0042]将步骤(1)得到的混合物物料装入坩埚中，在氮气保护下放入炭化窑炉进行煅烧，煅烧温度为1150℃，煅烧时间为1h，得到炭化粉料；
[0043](3)混料
[0044]将高温煅烧后的炭化粉料和沥青按100:8在混料机混合，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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，其包括以下步骤：将焦类原料和含铜络合物的混合物进行煅烧，制得炭化粉料；再经过热处理、石墨化，制得石墨负极材料；其中，所述含铜络合物的用量为2～6％，％是指含铜络合物在混合物中的质量百分比。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，所述焦类原料的种类为石油生普焦、石油生针焦、石油煅后普焦、石油煅后针焦、煤系生普焦、煤系生针焦、煤系煅后普焦和煤系煅后针焦中一种或多种，例如石油生针焦或煤系生针焦；和/或，所述焦类原料的粒径为4～10μm，优选为6～8μm，例如6μm或8μm；和/或，所述含铜络合物的种类为有机含铜络合物，例如EDTA螯合铜或酒石酸铜；和/或，所述含铜络合物的用量为2～3％，例如2％或3％。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，所述混合物通过将所述焦类原料和所述含铜络合物混合5～20min制得；所述混合的时间优选为10min或15min。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，所述煅烧的温度为1000～1200℃，优选为1100～1200℃，例如1150℃或1200℃；和/或，所述煅烧的时间为1～3h，例如...

【专利技术属性】
技术研发人员：马成炳，胡钦山，卿婷，王旭峰，李虹，
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：