表面包覆碳层的石墨材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种表面包覆碳层的石墨材料、制备方法及作为锂离子电池负极材料的应用。本发明专利技术的石墨材料包覆物包括质量百分比为30％-60％的难石墨化碳源。本发明专利技术的石墨材料，能够在保持高的容量特性的前提下，极大提高低温充放电能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，特别是涉及一种表面包覆碳层的石墨材料、制备方法以及作为锂离子电池负极材料的应用。
技术介绍
锂离子电芯具有能量密度高、比功率大、循环性能好、无记忆效应、无污染等特点， 锂离子电芯已经在越来越广泛的领域得到应用。目前锂离子电芯正极主流材料为过渡金属氧化物，石墨则一直因为容量，嵌锂平台与金属锂接近等优点占据负极材料的绝对主力位置。但正因为石墨的嵌锂平台与金属锂接近，充电过程中，石墨负极极易析出锂金属。虽然技术人员在设计上想了很多办法，如负极片面积大于正极片，正负极相对位置上负极的锂接受能力大于正极的锂释放能力。但是电芯的应用环境温度范围较宽，仍使得负极存在析锂隐患，如低温条件下，快速充电时，负极的倍率跟不上正极，导致锂在负极表面析出，进而带来电芯鼓胀，循环寿命衰减快等问题，更严重的甚至起火爆炸。经过表面包覆后碳化处理，可以提高石墨类负极的低温性能，但是表面碳层会影响2-3%的负极容量，从而影响电池设计，进而影响最终产品的体积比容量。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种可作为锂离子电池负极材料、并能够使电池在保持高的容量特性的前提下提高低温充放电能力的表面包覆碳层的石墨材料。本专利技术的另一目的在于提供上述石墨材料的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供上述石墨材料做为锂离子电池负极材料的应用。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案本专利技术公开了一种表面包覆碳层的石墨材料，包覆物为碳源，并在包覆后经碳化处理，所述碳源包括30% -60%的难石墨化碳源，所述为质量百分比。在本专利技术具体的实施方式中，所述难石墨化碳源优选包括酚醛树脂。优选的，所述经碳化处理后进一步包括石墨化处理。所述石墨化处理优选是指于 2300-2500度处理60-80小时。除难石墨化碳源外的其余碳源优选自石油浙青或煤浙青中的至少一种。本专利技术开公开了上述表面包覆碳层的石墨材料的制备方法，所述方法包括A、将作为包覆物的碳源与石墨粉以6-12 100的质量比充分混合均勻；B、将步骤A的产物在惰性气体保护的环境下，于900-1200度的温度条件下完全碳化；C、将步骤B的产物于2300-2500度的温度条件下石墨化60-80小时。所述步骤A中，石墨粉优选为经过球形处理的天然石墨粉；混合优选于加热条件下进行，加热温度为不高于150度。所述方法优选进一步包括将步骤B或步骤C的产物破碎分级，并筛分选择粒度D50 为18-22 μ m的产品。本专利技术还公开了上述的表面包覆碳层的石墨材料作为锂离子电池负极材料的应用。由于采用了以上技术方案，使本专利技术具备的有益效果在于本专利技术独特的表面包覆碳层石墨材料，作为锂离子电池负极材料使用时，解决了目前行业内锂离子电芯普遍存在的低温问题，尤其是低温充电问题，同时克服了应用传统表面包覆石墨材料导致的负极容量低的缺陷，能够在保持高的容量特性的前提下，极大提高低温充放电能力。本专利技术很好地实现了将负极的高石墨化度与优异低温性能的兼容，使得采用高容量的负极制作的锂离子电池可以规避低温环境下使用时电性能与安全性能风险。具体实施例方式本专利技术通过对比，发现通过添加部分难石墨化碳源对天然石墨粉进行包覆，包覆后的产品经过碳化、低温石墨化处理后，能显著提高电池的容量和低温性能。本专利技术的难石墨化碳源包括常用的酚醛树脂，除此之外其他一些具有难石墨化的特性的高聚有机物也可用于本专利技术。在本专利技术中，难石墨化碳源占所有作为包覆物的碳源的质量百分比为30% -60%，优选45% -55%。除难石墨化碳源外，其余碳源可以选用传统对石墨材料进行表面包覆后碳化处理方法中所常规使用的碳源，比如石油浙青、煤浙青等。表面包覆碳源与石墨粉以6-12 100的质量比混合进行碳化处理。为使混合更充分，通常可在加热条件下进行混合，加热温度控制不高于150度即可，通常可以选用 100-150度。搅拌时间应足够长，以保持混合的充分均勻。碳化是在惰性气氛保护下于 900-1200温度条件下进行。完全碳化的时间通常需要10-15小时。碳化后将产物经破碎分级，筛分出粒度D50为18-22 μ m的产品进行下一步石墨化处理。或者直接进行石墨化处理后再进行破碎分级后选择上述粒度产品直接作为负极活性物质。石墨化同样应在惰性气氛保护下进行。在本专利技术中，石墨化应于2300-2500度优选MOO度温度条件下进行，时间为60-80小时优选70小时左右。温度过高、时间过长的话， 将影响产物的低温性能；若温度太低或时间太短，又会使电池的容量减小。下面通过具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。实施例负极材料的制备方法1.取固化的酚醛树脂碎粉与石油浙青粉末按1 1的质量比进行混合，混合物与经过球形处理的天然石墨粉以10 100的质量比在一个加热的容器中搅拌混合，控制混合物的温度升温到120摄氏度，并在该温度维持搅拌池。搅拌均勻后的混合物转移到碳化炉，在氩气保护的环境下，以1100度的温度碳化 12h，得到的产物经破碎分级，筛分出粒度D50为20um的产品。该产品作为锂离子电池制作的负极活性物质A。2.取石油浙青粉末与经过球形处理的天然石墨粉以10 100的质量比在一个加热的容器中搅拌混合，控制混合物的温度升温到120摄氏度，并在该温度维持搅拌池。搅拌均勻后的混合物转移到碳化炉，在氩气保护的环境下，以1100度的温度碳化 12h，得到的产物经破碎分级，筛分出粒度D50为20um的产品。该产品作为锂离子电池制作的负极活性物质B。3.将活性物质A在管式炉中用氩气保护在MOO度的条件下高温石墨化，石墨化时间为3天，得到活性物质C。4.将活性物质B在管式炉中用氩气保护在MOO度的条件下高温石墨化，石墨化时间为3天，得到活性物质D。5.将活性物质A在管式炉中用氩气保护在MOO度的条件下高温石墨化，石墨化时间为7天，得到活性物质E。6.将活性物质A在管式炉中用氩气保护在2700度的条件下高温石墨化，石墨化时间为3天，得到活性物质F。对复合碳源包覆的石墨低温石墨化处理，可在提高容量的同时，保持良好的低温性能。采用行业内技术人员熟知的扣式电池制作办法测试A、B、C、D、E、F六种石墨的容量和效率如表一所示表一权利要求1.一种表面包覆碳层的石墨材料，包覆物为碳源，并在包覆后经碳化处理，其特征在于所述碳源包括30% -60%的难石墨化碳源，所述为质量百分比。2.根据权利要求1所述的表面包覆碳层的石墨材料，其特征在于所述难石墨化碳源包括酚醛树脂。3.根据权利要求1或2所述的表面包覆碳层的石墨材料，其特征在于所述经碳化处理后进一步包括石墨化处理。4.根据权利要求3所述的表面包覆碳层的石墨材料，其特征在于所述石墨化处理是指于2300-2500度处理60-80小时。5.根据权利要求1或2所述的表面包覆碳层的石墨材料，其特征在于除难石墨化碳源外的其余碳源选自石油浙青或煤浙青中的至少一种。6.权利要求1-5任意一项所述的表面包覆碳层的石墨材料的制备方法，所述方法包括A、将作为包覆物的碳源与石墨粉以6-12 100的质量比充分混合均勻；B、将步骤A的产物在惰性气体保护的环境下，于900-1200度的温度条件下完全碳化；C、将步骤B的产物于2300-2500度的温度条件下石墨化60-80本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种表面包覆碳层的石墨材料，包覆物为碳源，并在包覆后经碳化处理，其特征在于：所述碳源包括３０％－６０％的难石墨化碳源，所述为质量百分比。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何伟，滕鑫，何名，潘启明，肖斌，
申请(专利权)人：深圳市比克电池有限公司，
类型：发明
国别省市：94