CN106159235A - 一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石墨制备技术领域，具体地说是一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下处理步骤：(1)、低温石墨化处理；(2)、粉碎处理；(3)、分级处理；(4)、混料；(5)、制备包覆体；(6)、超高温石墨化处理，即得锂离子电池石墨负极材料；所述的人造石墨原材料是石油焦、沥青焦或者两者混合物；所述的粘结剂为沥青。本发明与现有技术相比，加工制备方法比较简单，适合工业化生产，制备的石墨负极材料具有较高的充放电性能和容量密度，且石墨化度很高，石墨晶胞发育更完全，电解液在嵌入到炭和石墨材料中更加畅通，循环性能增加。

Description

一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及石墨制备技术领域，具体地说是一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法。
背景技术
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，目前已经广泛应用于3C产品，而且随着社会的快速发展和各个国家政策的支持，大大地推动了电动汽车的产业化进程，许多国家也己经全面启动锂离子电池在军事和航空航天领域的开发，这就对锂离子电池的能量密度和循环效率，提出来了更高的要求。
随着科技发展，电子产品和新能源汽车对能量密度以及高功率更加地关注，尤其是新能源汽车客户的要求越来越高，迫切希望有更好的续航能力和安全性；所以，对高容量、高功率即能快速充放电有很大的要求。因此近年来针对石墨的改性处理已经成为研究热点。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，通过对人造石墨原材料先进行纯化处理，再通过超细磨粉碎和分级，来控制物料的颗粒分布，然后与一定比例的粘结剂和催化剂进行加热混合实现包覆改性，再经过石墨化处理后，使包覆体二次颗粒分布更好，大大提高石墨负极材料的倍率和循环性能。
为实现上述目的，设计一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下处理步骤：
(1)、低温石墨化处理：将人造石墨原材料先经过2000～2400℃低温石墨化处理40～50h，以去除挥发分、灰分杂质，提高物料纯度；
(2)、粉碎处理：经过低温石墨化处理的原料进行超细磨粉碎处理，粉碎后的人造石墨原材料的粒径D50控制7～9μm，大颗粒D100≤40μm；
(3)、分级处理：将经过粉碎处理后原料采用分级机进行分级处理，去除粒径在1.0μm以下的小颗粒；
(4)、混料：将经过分级处理后的原料与粘结剂和含量≥94％的催化剂SiC按100∶1～3∶3～5的重量比进行混料，使其混合均匀，得混合料；
(5)、将混合料放入低温表面处理反应釜中，在惰性气体中，一边升温一边搅拌，搅拌的速度在20r/min，升温速率为1.7℃/min，升温时间为240～300min，升温至500～600℃后，恒温180～240min，得到包覆体；
(6)、包覆体以2700～3000℃进行超高温石墨化处理70～80h，即得锂离子电池石墨负极材料；
所述的人造石墨原材料是石油焦、沥青焦或者两者混合物；
所述的粘结剂为沥青。
所述的超细磨粉碎处理采用带磨盘的高速转动粉碎设备。
所述的沥青为高温沥青或中温沥青或者两者混合物。
所述的催化剂SiC的粒径D50在3～5μm左右。
所述的石油焦采用煅烧石油焦。
所述惰性气体采用氮气或者液氮，所述惰性气体的流量为3.5～4.5m3/h。
超高温石墨化处理结束之后，还可依次进行混料、筛分处理得粒径D50为12～15μm的锂离子电池石墨负极材料。
所述的筛分采用振动筛或超声波振动筛。
所述的分级机采用两极分级机。
本发明与现有技术相比，加工制备方法比较简单，适合工业化生产，制备的石墨负极材料具有较高的充放电性能和容量密度，且石墨化度很高，石墨晶胞发育更完全，电解液在嵌入到炭和石墨材料中更加畅通，循环性能增加，其电化学性能中首次放电容量在360mAh/g以上；放电平台及平台保持率较高；循环性能好，500次循环，容量保持＞92％；在较高的温度下，还能保持良好的循环性能。
附图说明
图1是本发明实施例2的人造复合石墨的500倍的扫描电镜图。
图2是本发明实施例2的人造复合石墨的1000倍的扫描电镜图。
图3是本发明实施例2的人造复合石墨的3000倍的扫描电镜图。
具体实施方式
现结合实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1
本实施例的制备方法包括下述步骤：
(1)将人造石墨原材料先经过2200℃低温石墨化处理50h，去除一些挥发分、灰分等杂质，让物料纯度更高；
(2)经过低温石墨化处理的原料进行超细磨粉碎处理，粉碎后的人造石墨原材料的粒径D50为7μm，大颗粒D100为20μm。
(3)将经过粉碎处理后原料采用两极分级机进行分级处理，去除粒径在1.0μm以下的小颗粒。
(4)将经过分级处理后的原料与粘结剂和含量≥94％的催化剂SiC按100∶1∶4的重量比进行混料，使其混匀。
(5)将混合料放入低温表面处理反应釜中，在流量为3.5m3/h的氮气惰性气体中，一边升温一边搅拌，搅拌的速度在30r/min，升温速率为1.7℃/min，升温时间为300min，升温至550℃后，恒温210min，得到包覆体；
(6)包覆体以3000℃进行超高温石墨化处理75h，即得锂离子电池石墨负极材料。
实施例2
(1)将人造石墨原材料先经过2200℃低温石墨化处理45h，去除一些挥发分、灰分等杂质，让物料纯度更高；
(2)经过低温石墨化处理的原料进行超细磨粉碎处理，粉碎后的人造石墨原材料的粒径D50为9μm，大颗粒D100为40μm。
(3)将经过粉碎处理后原料采用两极分级机以45～50HZ振动频率进行分级处理，去除粒径在1.0μm以下的小颗粒。
(4)将经过分级处理后的原料与粘结剂和含量≥94％的催化剂SiC按100∶3∶4的重量比进行混料，使其混匀。
(5)将混合料放入低温表面处理反应釜中，在流量为4.5m3/h的氮气惰性气体中，一边升温一边搅拌，搅拌的速度在40r/min，升温速率为1.7℃/min，升温时间为300min，升温至550℃后，恒温210min，得到包覆体；
(6)包覆体以3000℃进行超高温石墨化处理75h，即得锂离子电池石墨负极材料，再依次进行混料、筛分处理得粒径D50为12～15μm的锂离子电池石墨负极材料，参见图1～图3。
实施例3
(1)将沥青焦先经过2200℃低温石墨化处理45h，去除一些挥发分、灰分等杂质，让物料纯度更高；
(2)经过低温石墨化处理的沥青焦进行超细磨粉碎处理，粉碎后的沥青焦的粒径D50为8μm，大颗粒D100为30μm。
(3)将经过粉碎处理后的沥青焦采用两极分级机进行分级处理，去除粒径在1.0μm以下的小颗粒。
(4)将经过分级处理后的沥青焦与中温沥青和含量≥94％的催化剂SiC按100∶5∶4的重量比进行混料，使其混匀。
(5)将混合料放入低温表面处理反应釜中，在流量为4.5m3/h的氮气惰性气体中，一边升温一边搅拌，搅拌的速度在40r/min，升温速率为1.7℃/min，升温时间为300min，升温至550℃后，恒温210min，得到包覆体；
(6)包覆体以3000℃进行超高温石墨化处理75h，即得锂离子电池石墨负极材料。
本发明实施例1～3的电化学性能比较结果如表1所示：
表1

Claims (9)

1.一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下处理步骤：
(1)、低温石墨化处理：将人造石墨原材料先经过2000～2400℃低温石墨化处理40～50h，以去除挥发分、灰分杂质，提高物料纯度；
(2)、粉碎处理：经过低温石墨化处理的原料进行超细磨粉碎处理，粉碎后的人造石墨原材料的粒径D50控制7～9μm，大颗粒D100≤40μm；
(3)、分级处理：将经过粉碎处理后原料采用分级机进行分级处理，以去除粒径在1.0μm以下的小颗粒；
(4)、混料：将经过分级处理后的原料与粘结剂和含量≥94％的催化剂SiC按100∶1～3∶3～5的重量比进行混料，使其混合均匀，得混合料；
(5)、将混合料放入低温表面处理反应釜中，在惰性气体中，一边升温一边搅拌，搅拌的速度在20r/min，升温速率为1.7℃/min，升温时间为240～300min，升温至500～600℃后，恒温180～240min，得到包覆体；
(6)、包覆体以2700～3000℃进行超高温石墨化处理70～80h，即得锂离子电池石墨负极材料；
所述的人造石墨原材料是石油焦、沥青焦或者两者混合物；
所述的粘结剂为沥青。
2.如权利要求1所述的一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述的超细磨粉碎处理采用带磨盘的高速转动粉碎设备。
3.如权利要求1所述的一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述的沥青为高温沥青或中温沥青或者两者混合物。
4.如权利要求1所述的一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述的催化剂SiC的粒径D50在3～5μm左右。
5.如权利要求1所述的一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述的石油焦采用煅烧石油焦。
6.如权利要求1所述的一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述惰性气体采用氮气或者液氮，所述惰性气体的流量为3.5～4.5m3/h。
7.如权利要求1所述的一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于，超高温石墨化处理结束之后，还可依次进行混料、筛分处理得粒径D50为12～15μm的锂离子电池石墨负极材料。
8.如权利要求7所述的一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述的筛分采用振动筛或超声波振动筛。
9.如权利要求1所述的一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述的分级机采用两极分级机。
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