一種鋰離子電池負極材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鋰電池電極材料制備領域，具體涉及一種鋰離子電池負極材料及其制備方法。所述的鋰離子電池負極材料，包括人造石墨和膨脹石墨，其中人造石墨和膨脹石墨的質(zhì)量比為：80:20-99:1。本發(fā)明通過采用人造石墨與膨脹石墨的混合，保持了人造石墨倍率、循環(huán)性能優(yōu)異的特點；加入的膨脹石墨，石墨層間易于滑動，可以改善石墨的輥壓性能，提高壓實密度；同時由于膨脹石墨提供了較好的孔隙結(jié)構(gòu)和吸收電解液性能，保證了混合石墨高壓實下的倍率、循環(huán)性能，放電平臺高、放電容量高。
【專利說明】一種鋰離子電池負極材料及其制備方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及鋰電池電極材料制備領域，具體涉及一種鋰離子電池負極材料及其制
備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、使用壽命長、無記憶效應、自放電小的特點，成為目前先進電子設備優(yōu)選的電源，隨著先進的電子設備的發(fā)展，人們對于小型、輕質(zhì)、便攜的電子設備和裝置的需求日益增加。充電后要求更長的使用時間，因此，需要具有更高壓實密度、更高放電容量和更長使用壽命的電池為這種設備和裝置提供能源。
[0003]鋰離子電池負極材料，作為鋰離子電池的重要組成部分，對電池容量貢獻較大，急需提高負極材料的放電容量、壓實密度和循環(huán)性能。
[0004]人造石墨結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，循環(huán)性能較好，但由于材料特性較硬，輥壓性能不佳，壓實密度較低，阻礙了人造石墨在高容量高壓實下的應用。即使使用較大的外力強壓下去，由于極片孔隙受堵，材料的放電容量降低、循環(huán)性能下降。
[0005]中國專利CN1702892A通過天然石墨和人造石墨的混合，提聞了材料的放電容量。但由于添加了天然石墨，天然石墨石墨化度聞，即使通過包覆處理，微晶邊緣與底面結(jié)構(gòu)差異性大，易在微晶邊緣發(fā)生溶劑化鋰離子的共嵌入，引起石墨層的剝離，惡化材料的循環(huán)性能。CN102110813A通過粉碎的中間相石墨和人造石墨混合，制得循環(huán)性能優(yōu)異的材料，并希望提高壓實密度，但由于中間相石墨和人造石墨都較硬，壓實性能不佳，所以實際需要很大的壓力才能提高壓實，所以實際難以實現(xiàn)高壓實，而且壓實后容易反彈。
[0006]膨脹石墨是一種利用物理或化學的方法使非碳質(zhì)反應物插入石墨層間，與炭素的六角網(wǎng)絡平面結(jié)合的同時又保持了石墨層狀結(jié)構(gòu)的晶體化合物。它不僅保持石墨優(yōu)異的理化性質(zhì)，而且由于插入物質(zhì)與石墨層的相互作用而呈現(xiàn)出原有石墨及插層物質(zhì)不具備的新性能。插有層間化合物的石墨在遇到高溫時，層間化合物將分解，產(chǎn)生一種沿石墨層間垂直的推力，這個推力遠大于石墨粒子的層間結(jié)合力，在這個推力的作用下石墨層間被推開。而且膨脹石墨具有比一般石墨更好的導熱性和導電性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明通過采用人造石墨與膨脹石墨的混合，旨在解決人造石墨輥壓性能不佳、高壓實下倍率、循環(huán)和放電性能劣化的問題。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0008]一種鋰離子電池負極材料，由人造石墨和膨脹石墨組成，其中人造石墨和膨脹石墨的質(zhì)量比為=80:20-99:10
[0009]人造石墨為石油焦或煅后焦經(jīng)高溫2800-3300°C石墨化制得的高容量的人造石墨，其容量至少為335Ah/g。
[0010]人造石墨的優(yōu)選容量至少為345Ah/g。
[0011]所述人造石墨的平均粒徑為5_40um,振實密度至少為0.9g/ml,比表面積為0.7-5.0m2/g。
[0012]人造石墨的優(yōu)選平均粒徑為10_25um。
[0013]所述膨脹石墨平均粒徑為l_40um,比表面積為1.0-100m2/g。
[0014]所述膨脹石墨優(yōu)選平均粒徑為l-20um，優(yōu)選比表面積為5.0_30m2/g。
[0015]一種鋰離子電池負極材料制備方法，包括以下步驟:一、石油焦或煅后焦粉碎至所需粒徑5-40um ;二、所得粉碎后的顆粒經(jīng)過2800-3000度高溫石墨化處理；三、所得的高溫石墨化處理后的人造石墨與膨脹石墨以80:20-99:1比例混合，篩分。其中篩分采用200-300 目篩。
[0016]本發(fā)明通過采用人造石墨與膨脹石墨的混合，保持了人造石墨倍率、循環(huán)性能優(yōu)異的特點；加入的膨脹石墨，石墨層間易于滑動，可以改善石墨的輥壓性能，提高壓實密度；同時由于膨脹石墨提供了較好的孔隙結(jié)構(gòu)和吸收電解液性能，保證了混合石墨高壓實下的倍率、循環(huán)性能，放電平臺高、放電容量高。
[0017]本發(fā)明所述人造石墨優(yōu)選具有聞容量的人造石墨，聞容量通常石墨化度較聞，在高壓實密度下，由于是單一的石墨結(jié)構(gòu)，在輥壓后石墨顆粒之間的間隙小、電解液浸潤不佳，電池倍率、放電性能及循環(huán)性能會被惡化；同時人造石墨通常是高溫石墨化品，硬度大，不易輥壓，即使強行加壓至所需壓實密度，其也容易出現(xiàn)反彈，降低電池的體積能量密度。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0019]1，本發(fā)明所采用的膨脹石墨，其具有易于被壓縮，石墨層間易于滑動的特點；可以改善人造石墨的輥壓性能，易于輥壓，同時輥壓后反彈小。
[0020]2，膨脹石墨的引入可以改變石墨的孔結(jié)構(gòu)，增加電解液的吸收，進而電極的例子電導，改善電極的導電性，提高電池的倍率、放電性能和循環(huán)性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例1制備的混合石墨顆粒的電子顯微鏡(SEM)掃描圖。
[0022]圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例1制備的混合石墨顆粒的首次充放電曲線圖。
【具體實施方式】
[0023]以下實施例進一步詳細的說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不局限于這種實施例。
[0024]實施例1:將石油焦粉碎至D5018um，再于2800-3000°C和氮氣氣體下石墨化處理，所得石墨化后材料，與膨脹石墨(D502-5um，比表面20m2/g)按95:5重量比投入混批機，進行混批篩分，用250目篩網(wǎng)去除大顆粒，制得混合石墨顆粒。
[0025]實施例2:將煅后焦粉碎至D5019um，再于2800-3000°C和氮氣氣體下石墨化處理，所得石墨化后材料，與膨脹石墨(D505-8um，比表面15_25m2/g)按97:3重量比投入混批機，進行混批篩分，用250目篩網(wǎng)去除大顆粒，制得混合石墨顆粒。
[0026]實施例3:將煅后焦粉碎至D5020um，再于2800-300(TC和氮氣氣體下石墨化處理，所得石墨化后材料，與膨脹石墨(D5015-20um，比表面積10_12m2/g)按98:2重量比投入混批機，進行混批篩分，用250目篩網(wǎng)去除大顆粒，制得混合石墨顆粒。
[0027]對比例1:將煅后焦粉碎至D5018um，再于2800-3000°C和氮氣氣體下石墨化處理，所得石墨化后材料與天然石墨(D505um，比表面積5m2/g)按70:30的重量比投入混批機，進行混批篩分，用250目篩網(wǎng)去除大顆粒，制得混合石墨顆粒。
[0028]對比例2:將煅后焦粉碎至D5019um，再于2800-3000°C和氮氣氣體下石墨化處理，所得石墨化后材料與天然石墨(D505um，比表面積5m2/g)按50:50的重量比投入混批機，進行混批篩分，用250目篩網(wǎng)去除大顆粒，制得混合石墨顆粒。
[0029]對比例3:將煅后焦粉碎至D5020um，再于2800-3000°C和氮氣氣體下石墨化處理，所得石墨化后材料投入混批機，進行混批篩分，用250目篩網(wǎng)去除大顆粒，制得混合石墨顆粒。
[0030]性能測試及結(jié)果:分別對上述實施例和對比例所得的混合石墨，和聚偏氟乙烯作為粘接劑，導電炭以93:6:1的比例，以N-甲基吡咯烷酮為溶劑，制漿的漿料、涂覆與銅箔上，烘烤干燥；與鋰片與手套箱中按正常工藝制作成扣式電池，測試材料以下電化學性能，測試結(jié)果見表1:
[0031]表1.材料電化學性能測試結(jié)果:
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池負極材料，由人造石墨和膨脹石墨組成，其中人造石墨和膨脹石墨的質(zhì)量比為=80:20-99:1o
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負極材料，所述人造石墨為石油焦或煅后焦經(jīng)高溫2800-3300°C石墨化制得的高容量的人造石墨，其容量至少為335Ah/g。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子電池負極材料，所述人造石墨的容量至少為345Ah/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子電池負極材料，所述人造石墨的平均粒徑為5-40um，振實密度至少為0.9g/ml,比表面積為0.7-5.0 m2 /g。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰離子電池負極材料，所述人造石墨的平均粒徑為10-25um。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負極材料，所述膨脹石墨平均粒徑為l-40um，比表面積為1.0-100 m2 /go
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰離子電池負極材料，所述膨脹石墨平均粒徑為l-20um，t匕表面積為5.0-30 m2 /g0
8.—種鋰離子電池負極材料制備方法，包括以下步驟:一、石油焦或煅后焦粉碎至粒徑5-40um ;二、所得粉碎后的顆粒經(jīng)過2800-3000度高溫石墨化處理；三、所得的高溫石墨化處理后的人造石墨與膨脹石墨以80:20-99:1比例混合，篩分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰離子電池負極材料制備方法，其中所述的篩分采用200-300 目篩。
【文檔編號】H01M4/583GK103887504SQ201310712371
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】晏犖, 鄧勇強, 郭文信 申請人:東莞市凱金新能源科技有限公司