CN111564607A - 一种负极材料、及其制备方法和用途 - Google Patents

一种负极材料、及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种负极材料、及其制备方法和用途，所述负极材料的原料包括如下质量百分比的组分：高挥发分焦10‑50％、天然石墨5‑20％和基材加至100％，其中高挥发分焦的挥发分为5‑20％；其中负极材料原料不包括粘结剂，可降低物料总挥发分，提高成品收率，减少加热过程中烟气挥发，有利于提高负极材料的容量和压实密度；在制备过程中不添加粘结剂，可大大缩短了焙烧时间，增加了石墨化装炉量，降低成本，对降低环境污染也有积极意义；制备工艺简单，原料易得，适用于工业生产。

Description

一种负极材料、及其制备方法和用途
技术领域
本发明属于电池材料制备领域，具体涉及一种负极材料、及其制备方法和用途。
背景技术
目前，锂离子电池因具有能量密度高、比功率大、循环性能好、无记忆效应、无污染等特点，已经广泛应用于数码、储能、动力等各个领域。锂离子电池负极材料有天然石墨、人造石墨和合金类材料几类，其中人造石墨因其电解液兼容性能好、循环性能好等优势，正受到电池厂家越来越多的关注。
传统人造石墨采用焦原料粉碎后直接石墨化得到，其锂离子扩散路径长，嵌锂膨胀大，倍率和循环性能不佳。为改善以上劣势，人们将原料粉碎为小颗粒基材，并添加沥青、树脂、高分子等粘结剂，通过复合工艺得到二次颗粒结构，最后石墨化得到二次颗粒负极材料，二次颗粒负极材料极大的改善了负极材料的倍率、膨胀、循环性能。但由于沥青、树脂、高分子常用粘结剂在石墨化后的石墨化度均低于基材原料，其加入会降低二次颗粒的能量密度，且粘结剂的挥发分在40-80％之间，其在焙烧或石墨化过程中所需烟气挥发时间长、挥发量大，对生产效率和环境保护有很大负面影响。
CN105958070A公开了一种锂离子电池人造石墨负极材料的制备方法，采用小粒径的人造石墨焦粉和有机碳源为原料，通过混料、高温处理、石墨化处理、筛分等工序，通过焦粉与有机碳源在加热环境下进行混合处理，可起到包覆、混捏、二次造粒等效果，使小粒子的焦粉在有机碳源的粘结作用下，形成二次颗粒，解决材料各相异性的问题，提高材料的振实密度；该发明制备的负极材料具有循环性能好、性价比高以及综合性能优良的优点，但是在制备过程中添加了较高含量的碳源粘结剂，在石墨化处理过程中烟气的挥发时间较长，挥发量较大，大大影响了生产效率，且不利于环境友好。
CN108155385A公开了一种锂电池生产用石墨负极材料制备方法包括以下步骤：1)将石油焦和针状焦原料进行高温煅烧处理；2)将步骤1)中煅烧后的石油焦和针状焦依次进行中碎、磨粉以及筛分处理，将材料按比例混合，得到混合级配材料；4)向步骤3)中得到的混合级配材料中，均匀加入辅料助剂，得到炭质糊料；5)将步骤4)中得到炭质糊料通过卧式液压挤压机进行挤压，制成生坯料；6)将步骤5)中得到的生坯料进行一次焙烧和二次焙烧；7)将步骤6)中得到的焙烧坯料用沥青进行浸渍处理，将处理的炭制品进行石墨化处理，最终得到石墨负极材料产品；该发明制备的石墨负极材料具有较好的导电性能和导热性能，但是工艺复杂、制备周期长。
因此，开发一种在保持容量、首次放电效率和循环性能的前提下，不添加粘结剂且对环境友好的负极材料以及制备工艺非常有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种负极材料及其制备方法和用途，所述负极材料具有较高的振实密度、容量、首次放电效率和循环性能和较低的比表面积，且制备方法采用无粘结剂复合工艺和快速焙烧工艺结合，可以降低焙烧时间和提高负极材料的体密度、成型强度和压实密度，并提高材料的电化学性能。
本发明的目的在于提供一种负极材料，所述负极材料的原料包括如下质量百分比的组分：高挥发分焦10-50％、天然石墨5-20％和基材加至100％，其中高挥发分焦的挥发分为5-20％。
本发明设计在原料中加入高挥发分焦和天然石墨，其中天然石墨可以改善石墨化过程炉阻和提升成品能量密度，从而提升负极材料的性能，且天然石墨为层状结构，石墨片层在压制过程中易发生移动和粘结，便于成粒；高挥发分焦中的小分子碳链会对基材和天然石墨进行改性，从而改变电池的循环性能，且高挥发分焦在焙烧过程中会发生缩聚，在缩聚过程中会表现出较好的粘结性；本申请中的负极材料不包括粘结剂，可降低物料总挥发分，提高成品收率，减少加热过程中烟气挥发，有利于提高负极材料的容量和压实密度。
在本发明中，所述高挥发分焦的质量百分比为10-50％，例如10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％等。
在本发明中，所述天然石墨的质量百分比为5-20％，例如5％、8％、10％、12％、15％、18％、20％等。
在本发明中，所述高挥发分焦的挥发分为5-20％，例如5％、8％、10％、12％、15％、18％、20％等，优选10-20％。
本发明选用高挥发分焦，一方面在于挥发分较高，在焙烧过程中容易发生缩聚反应，从而具备粘性，另一方面高挥发分焦为混合物，其中含有小分子碳链，小分子碳链在焙烧过程中产生的热解碳层会对基材和天然石墨进行改性，从而改善电池的循环性能。
在本发明中，所述基材的含碳量为80％-100％，(例如80％、82％、85％、88％、90％、92％、95％、98％、100％)，挥发分为0％-5％，(例如0％、0.5％、1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％等)，优选含碳量为95％-100％，挥发分为0％-2％。
本发明选用含碳量高的基材，则制备的负极材料具有较高的回收率。
在本发明中，所述基材包括针状焦、石油焦、沥青焦或煤中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明中，所述高挥发分焦为高挥发分石油焦、高挥发分沥青焦或高挥发分针状焦中的任意一种或至少两种的组合，优选高挥发分石油焦和/或高挥发分沥青焦。
在本发明中，所述天然石墨的含碳量为94％-100％，例如94％、94.5％、95％、95.5％、96％、96.5％、97％、97.5％、98％、98.5％、99％、99.5％、100％等，优选97％-100％。
本发明中选用天然石墨，天然石墨为高石墨化度层状结构，电导率、压实较高，可以改善石墨化过程炉阻和提升成品的能量密度。
在本发明中，所述天然石墨包括天然鳞片石墨和/或微晶石墨，优选天然鳞片石墨。
本发明中天然鳞片石墨优选为经过分选、纯化、球形化处理的天然鳞片石墨。
本发明的目的之二在于提供一种负极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将基材、高挥发分焦和天然石墨粉碎，混合，得到混合物，而后成型，得到压制品；
(2)将步骤(1)得到的压制品进行焙烧和石墨化处理，得到所述负极材料。
本发明所述的制备方法简单，原料易得，适用于工业生产；且通过该方法制备的负极材料具有较好的循环性能、首效和容量保持率。
在本发明中，步骤(1)所述基材粉碎后的粒径为5-30μm，例如5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、17μm、20μm、22μm、25μm、27μm、30μm等。
在本发明中，步骤(1)所述高挥发分焦粉碎后的粒径为5-30μm，例如5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、17μm、20μm、22μm、25μm、27μm、30μm等。
在本发明中，步骤(1)所述天然石墨粉碎后的粒径为10-40μm，例如10μm、12μm、15μm、17μm、20μm、22μm、25μm、27μm、30μm、32μm、35μm、37μm、40μm等。
本发明中将基材、天然石墨和高挥发分焦粉碎，便于混合均匀。
在本发明中，步骤(1)所述混合的温度为10-500℃，例如10℃、50℃、100℃、150℃、200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃等。
在本发明中，步骤(1)所述混合的时间为5-300min，例如5min、50min、80min、100min、120min、150min、180min、200min、220min、250min、280min、300min等。
在本发明中，步骤(1)所述混合的设备为高速分散机、双搅拌双加热混捏机、真空混捏机、V型混合机、槽型混合机、滚筒混合机、锥形双螺旋混合机、双重圆锥混合机或固相融合机中的任意一种。
在本发明中，步骤(1)所述混合物中碳含量为85％-90％，例如85％、、86％、87％、88％、89％、90％等。
本发明中混合物的含碳量为85％-90％，当含碳量低于85％，则会影响碳的收率，从而增加了生产成本。
在本发明中，步骤(1)所述混合物中挥发分为10％-15％，例如10％、11％、12％、13％、14％、15％等。
本发明中混合物的挥发分为10％-15％，则制备的负极材料具有较好的性能；当挥发分过高在后续成型和石墨化的生产时会出现裂纹；当挥发分过低在烧结过程中不容易成块，从而影响产品的性能。
在本发明中，步骤(1)所述成型包括模压成型或静压成型。
本发明中天然石墨的自粘性主要体现在成型过程中石墨片层易于滑动和粘结，利用其自粘性完成成型。
在本发明中，所述模压成型的设备为单柱式液压机、四柱式液压机、卧式液压机、立式液压机或万能液压机中的任意一种。
在本发明中，所述静压成型的设备包括螺纹式冷等静压机、框架式冷等静压机、或热等静压机中的任意一种。
在本发明中，步骤(1)所述压制品为圆柱体。
在本发明中，所述圆柱体的直径为50-500mm，例如50mm、100mm、150mm、200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm等，高度为200-800mm，例如200mm、250mm、300mm、350mm、400mm、450mm、500mm、550mm、600mm、650mm、700mm、750mm、800mm等。
在本发明中，步骤(1)所述压制品的体积密度为1.0-1.5g/cm3，例如1.0g/cm3、1.05g/cm3、1.1g/cm3、1.15g/cm3、1.2g/cm3、1.25g/cm3、1.3g/cm3、1.35g/cm3、1.4g/cm3、1.45g/cm3、1.5g/cm3等。
在本发明中，步骤(2)所述焙烧和石墨化处理是在保护性气体、提纯性气体或真空环境下进行的。
本发明中高挥发分焦的自粘性主要体现在焙烧过程中，高挥发分焦中的小分子碳链发生缩聚反应，利用其粘接性完成复合造粒。
本发明中，天然石墨和高挥发分焦在成型和焙烧过程中发生粘结，可以达到更高的体密度和成型强度。
在本发明中，所述保护性气体包括氦气、氖气、氩气、氮气或真空气氛中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明中，所述提纯性气体包括氯气、氟利昂或氟气中的任意一种或至少两种的组合。
在本发明中，步骤(2)所述焙烧的温度为700-1500℃，例如700℃、800℃、900℃、1000℃、1100℃、1200℃、1300℃、1400℃、1500℃等。
在本发明中，步骤(2)所述焙烧的时间为5-30h，例如5h、8h、10h、12h、15h、18h、20h、22h、25h、28h、30h等。
本发明中，因原料没有添加粘结剂，则原料总挥发分大大降低，在焙烧过程中，烟气挥发少，只需要5-30h即可完成挥发分挥发和体密度提升，与传统石墨化块体焙烧工艺(焙烧20-30天)相比焙烧时间大幅缩短。
在本发明中，步骤(2)所述焙烧的设备为辊道窑、隧道窑、推板窑或煅烧窑中的任意一种。
在本发明中，步骤(2)所述石墨化处理的温度为2800-3400℃，例如2800℃、2900℃、3000℃、3100℃、3200℃、3300℃、3400℃等。
在本发明中，步骤(2)所述石墨化处理的设备为内串式石墨化炉或艾奇逊石墨化炉。
在本发明中，所述制备方法还包括将得到的负极材料粉碎、整形以及除磁。
在本发明中，所述粉碎包括机械粉碎、气流粉碎或研磨粉碎中的任意一种。
在本发明中，所述整形包括分级、机械融合或筛分中的任意一种或至少两种的组合。
作为本发明的优选方案，所述制备方法包括：
(1)将基材粉碎至粒径为5-30μm，高挥发分焦粉碎至粒径为5-30μm，天然石墨粉碎至10-40μm，而后将粉碎后的基材、高挥发分焦和天然石墨在温度为10-500℃混合5-300min，得到混合物，将混合物进行模压成型或静压成型，得到直径为50-500mm，高度为200-800mm，体积密度为1.0-1.5g/cm3的圆柱体压制品；
(2)将步骤(1)得到的压制品在保护性气体或提纯性气体存在下进行焙烧和石墨化处理，其中焙烧的温度为700-1500℃，焙烧时间为5-30h，石墨化处理的温度为2800-3400℃，得到石墨化品，将石墨化品粉碎、整形以及除磁，得到所述负极材料。
本发明的目的之三在于提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如目的之一所述的负极材料。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明设计在原料中加入高挥发分焦和天然石墨，其中天然石墨可以改善石墨化过程炉阻(石墨化度可达95％)和提升成品能量密度，从而提升负极材料的性能，且天然石墨为层状结构，石墨片层在压制过程中易发生移动和粘结，便于成型；高挥发分焦中的小分子碳热解生成的碳包覆层会对基材和天然石墨进行改性，从而改善电池的循环性能(500周容量保持率可达92％，首次库伦效率可达94％)，且高分子碳链在焙烧过程中发生缩聚，在缩聚过程中会表现出较好的粘结性，从而达到复合造粒效果；负极材料制备过程中不添加粘接剂，可降低物料总挥发分，提高成品收率，减少加热过程中烟气挥发，有利于提高负极材料的容量(脱锂容量可达360mAh/g)和压实密度(压实密度可达1.75g/cc)；在制备过程中不添加粘结剂，加工性能好(压型煅烧良好)，相对于传统的焙烧工艺(焙烧时间20-30天)，可大大缩短焙烧时间，焙烧时间低至5-30h，增加石墨化装炉量，降低成本，对降低环境污染也有积极意义；制备工艺简单，原料易得，适用于工业生产。
附图说明
图1是本发明实施例1制备得到的负极材料切面的SEM图，标尺为10μm；
图2是本发明对比例6制备得到的负极材料切面的SEM图，标尺为10μm。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种负极材料，所述负极材料的原料包括质量分数为70％的基材、20％的高挥发分焦和10％的天然石墨；其中基材为针状焦，含碳量为95％，挥发分为1％；高挥发分焦为高挥发分石油焦，挥发分为12％；天然石墨为天然鳞片石墨，含碳量为97％。
所述制备方法包括如下步骤：
(1)将针状焦粉碎至粒径为8μm，高挥发分石油焦粉碎至粒径为15μm，天然鳞片石墨粉碎至30μm，而后将粉碎后的针状焦、高挥发分石油焦和天然鳞片石墨在温度为500℃的锥形双螺旋混合机混合60min，得到混合物，将混合物用卧式液压机压制成密度为1.1g/cm3的圆柱体压制品；
(2)将步骤(1)得到的压制品在辊道窑氦气气氛中在1100℃焙烧15h，得到焙烧后胚体，将焙烧后的胚体在艾奇逊石墨化炉氯气气氛中进行石墨化，石墨化的温度为3200℃，得到石墨化品，而后将石墨化品粉碎至粒径为17μm，分级、筛分、除磁，得到所述负极材料。
图1为本实施例制备负极材料切面的SEM图，标尺为10μm，从图1可以看出本实施例制备的负极材料内部空隙明显较少，且材料表面形成人造石墨包覆层。
实施例2
本实施例提供一种负极材料，所述负极材料的原料包括质量分数为45％的基材、50％的高挥发分焦和5％的天然石墨；其中基材为烟煤原料，含碳量为80％，挥发分为4％；高挥发分焦为高挥发分针状焦，挥发分为10％；天然石墨为天然鳞片石墨，含碳量为97％。
所述制备方法包括如下步骤：
(1)将烟煤原料粉碎至粒径为20μm，高挥发分针状焦粉碎至粒径为15μm，天然鳞片石墨粉碎至30μm，而后将粉碎后的烟煤原料、高挥发分针状焦和天然鳞片石墨在温度为100℃的双重圆锥混合机混合60min，得到混合物，将混合物用单柱式液压机压制成密度为1.1g/cm3的圆柱体压制品；
(2)将步骤(1)得到的压制品在隧道窑氩气气氛中在900℃焙烧30h，得到焙烧后胚体，将焙烧后的胚体在内串式石墨化炉氩气气氛中进行石墨化，石墨化的温度为3200℃，得到石墨化品，而后将石墨化品粉碎至粒径为17μm，分级、筛分、除磁，得到所述负极材料。
实施例3
本实施例提供一种负极材料，所述负极材料的原料包括质量分数为70％的基材、10％的高挥发分焦和20％的天然石墨；其中基材为针状焦，含碳量为99％，挥发分为0.8％；高挥发分焦为高挥发分沥青焦，挥发分为20％；天然石墨为天然鳞片石墨，含碳量为97％。
所述制备方法包括如下步骤：
(1)将针状焦粉碎至粒径为10μm，高挥发分沥青焦粉碎至粒径为15μm，天然鳞片石墨粉碎至30μm，而后将粉碎后的针状焦、高挥发分沥青焦和天然鳞片石墨在温度为10℃的槽型混合机混合60min，得到混合物，将混合物用四柱式液压机压制成密度为1.2g/cm3的圆柱体压制品；
(2)将步骤(1)得到的压制品在推板窑氮气气氛中在1100℃焙烧10h，得到焙烧后胚体，将焙烧后的胚体在艾奇逊石墨化炉氮气气氛中进行石墨化，石墨化的温度为3200℃，得到石墨化品，而后将石墨化品粉碎至粒径为17μm，分级、筛分、除磁，得到所述负极材料。
实施例4
本实施例提供一种负极材料，所述负极材料的原料包括质量分数为40％的基材、50％的高挥发分焦和10％的天然石墨；其中基材为针状焦，含碳量为99％，挥发分为0.2％；高挥发分焦为高挥发分针状焦，挥发分为5％；天然石墨为天然鳞片石墨，含碳量为94％。
所述制备方法包括如下步骤：
(1)将针状焦原料粉碎至粒径为30μm，高挥发分针状焦粉碎至粒径为35μm，天然鳞片石墨粉碎至40μm，而后将粉碎后的针状焦、高挥发分针状焦和天然鳞片石墨在温度为100℃的真空混捏机混合300min，得到混合物，将混合物用螺纹式冷等静压机压制成密度为1.0g/cm3的圆柱体压制品；
(2)将步骤(1)得到的压制品在煅烧窑氯气气氛中在700℃焙烧30h，得到焙烧后胚体，将焙烧后的胚体在内串式石墨化炉氯气气氛中进行石墨化，石墨化的温度为2800℃，得到石墨化品，而后将石墨化品粉碎至粒径为17μm，分级、筛分、除磁，得到所述负极材料。
实施例5
本实施例提供一种负极材料，所述负极材料的原料包括质量分数为85％的基材、10％的高挥发分焦和5％的天然石墨；其中基材为针状焦，含碳量为99％，挥发分为0.5％；高挥发分焦为高挥发分针状焦，挥发分为8％；天然石墨为天然鳞片石墨，含碳量为96％。
所述制备方法包括如下步骤：
(1)将针状焦粉碎至粒径为5μm，高挥发分针状焦粉碎至粒径为5μm，天然鳞片石墨粉碎至10μm，而后将粉碎后的针状焦、高挥发分针状焦和天然鳞片石墨在温度为500℃的固相融合机混合5min，得到混合物，将混合物用万能液压机压制成密度为1.5g/cm3的圆柱体压制品；
(2)将步骤(1)得到的压制品在隧道窑氟利昂气氛中在1500℃焙烧5h，得到焙烧后胚体，将焙烧后的胚体在艾奇逊石墨化炉氟利昂气氛中进行石墨化，石墨化的温度为3400℃，得到石墨化品，而后将石墨化品粉碎至粒径为17μm，分级、筛分、除磁，得到所述负极材料。
实施例6
与实施例1的区别仅在于天然石墨为微晶石墨，其含碳量为60％，其余原料与工艺条件均与实施例1相同。
对比例1
与实施例1的区别仅在于高挥发分焦的添加量为60％，基材的添加量为30％，其余原料与工艺条件均与实施例1相同。
对比例2
与实施例1的区别仅在于天然石墨的添加量为30％，基材的添加量为50％，其余原料与工艺条件均与实施例1相同。
对比例3
与实施例1的区别仅在于将天然石墨替换为人造石墨，其余原料与工艺条件均与实施例1相同。
对比例4
与实施例1的区别仅在于负极材料不包括天然石墨，基材和高挥发分焦按比例分配，即基材的添加量为77.8％，高挥发分焦的添加量为22.2％，其余原料与工艺条件均与实施例1相同。
对比例5
与实施例1的区别仅在于负极材料不包括高挥发分焦，基材和天然石墨按比例分配，即基材的添加量为87.5％，天然石墨的添加量为12.5％，其余原料与工艺条件均与实施例1相同。
对比例6
本对比例提供一种负极材料，所述负极材料包括质量分数为80％的针状焦生焦和20％的粘结剂沥青；所述针状焦的含碳量为94％，挥发分为6％，灰分为0.2％；所述沥青的挥发分为50％。
所述制备方法包括如下步骤：
(1)将针状焦粉碎至10um，沥青粉碎至5um，而后混合造粒，得到混合物；
(2)将步骤(1)制备得到的混合物在艾奇逊石墨化炉氯气气氛中进行石墨化，石墨化温度3200℃，得到石墨化品，将石墨化品粉碎至粒径为17μm，分级、筛分、除磁，得到所述负极材料。
图2为本对比例制备负极材料切面的SEM图，标尺为10μm，从图2可以看出本实施例制备的负极材料内部空隙较多，影响能量密度和循环性能。
将实施例1-6和对比例1-6制备的负极材料进行比表面积、极片压实、石墨化度和电化学性能测试：
电化学测试：
(1)锂离子电池的制备：将制备得到的负极材料制备成负极片，金属锂片作为正极，隔膜是Celgard2400，电解液是1mol/L的LiPF6/DMC+DEC，组装成CR2025型钮扣电池。
(2)首次效率测试：采用蓝电/新威5V/10mA型电池测试仪测试电池的电化学性能，充放电窗口为0.005V～1.5V，充放电速率为0.1C，首次效率＝首次充电比容量/首次放电比容量。
(3)500周容量保持率：采用蓝电/新威5V/10mA型电池测试仪测试电池的电化学性能，充放电窗口为0.005V～1.5V，充放电速率为0.1C，500周循环保持率＝第500次充电比容量/首次充电比容量；
(4)首次脱锂容量测试：采用蓝电/新威5V/10mA型电池测试仪测试电池的电化学性能，充放电窗口为0.005V～1.5V，充放电速率为0.1C，首次脱锂容量＝首次充电容量。
测试结果见表1：
表1
Figure BDA0001969555600000151
由表1可知，本发明制备的负极材料具有合适的比表面积、极片压实、石墨化度和电化学性能；由实施例1和实施例5的对比可知，当高挥发分焦的挥发分在进一步优选的范围之内(10-20％)，则制备的负极材料的性能最好；由实施例1和实施例6的对比可知，当天然石墨的含碳量低于80％，则杂元素含量过高，影响成品循环性能；由实施例1和对比例1的对比可知，当负极材料中高挥发分焦的添加量高于本发明限定的范围之内(10-50％)，则压制品煅烧时会出现开裂，造成收率偏低；由实施例1和对比例2的对比可知，当负极材料中天然石墨的添加量高于本发明限定的范围之内(5-20％)，则会影响锂离子电池的容量保持率；由实施例1和对比例3的对比可知，当用人造石墨替代天然石墨，则制备的负极材料的压型困难难以成型，从而影响收率；由实施例1和对比例4-5的对比可知，当制备的负极材料中缺少天然石墨和高挥发分焦中的其中任意一种，则在负极材料的制备过程中会出现压制难以成型或煅烧后出现裂纹，影响加工性能；由实施例1和对比例6的对比可知，当负极材料中添加粘结剂，则压实偏低、容量偏低；因此，本发明制备的负极材料具有合适的比表面积、极片压实、石墨化度和电化学性能。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料的原料包括如下质量百分比的组分：
高挥发分焦 10-50％
天然石墨 5-20％
基材 加至100％；
其中高挥发分焦的挥发分为5-20％。
2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述基材的含碳量为80％-100％，挥发分为0％-5％，优选含碳量为95％-100％，挥发分为0％-2％；
优选地，所述基材包括针状焦、石油焦、沥青焦或煤中的任意一种或至少两种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述高挥发分焦的挥发分为10-20％；
优选地，所述高挥发分焦为高挥发分石油焦、高挥发分沥青焦或高挥发分针状焦中的任意一种或至少两种的组合，优选高挥发分石油焦和/或高挥发分沥青焦。
4.根据权利要求1-3任一项所述的负极材料，其特征在于，所述天然石墨的含碳量为94％-100％，优选97％-100％；
优选地，所述天然石墨包括天然鳞片石墨和/或微晶石墨，优选天然鳞片石墨。
5.根据权利要求1-4任一项所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将基材、高挥发分焦和天然石墨粉碎，混合，得到混合物，而后成型，得到压制品；
(2)将步骤(1)得到的压制品进行焙烧和石墨化处理，得到所述负极材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述基材粉碎后的粒径为5-30μm；
优选地，步骤(1)所述高挥发分焦粉碎后的粒径为5-30μm；
优选地，步骤(1)所述天然石墨粉碎后的粒径为10-40μm；
优选地，步骤(1)所述混合的温度为10-500℃；
优选地，步骤(1)所述混合的时间为5-300min；
优选地，步骤(1)所述混合的设备为高速分散机、双搅拌双加热混捏机、真空混捏机、V型混合机、槽型混合机、滚筒混合机、锥形双螺旋混合机、双重圆锥混合机或固相融合机中的任意一种；
优选地，步骤(1)所述混合物中碳含量为85％-90％；
优选地，步骤(1)所述混合物中挥发分为10％-15％；
优选地，步骤(1)所述成型包括模压成型或静压成型；
优选地，所述模压成型的设备为单柱式液压机、四柱式液压机、卧式液压机、立式液压机或万能液压机中的任意一种；
优选地，所述静压成型的设备包括螺纹式冷等静压机、框架式冷等静压机、或热等静压机中的任意一种；
优选地，步骤(1)所述压制品为圆柱体；
优选地，所述圆柱体的直径为50-500mm，高度为200-800mm；
优选地，步骤(1)所述压制品的密度为1.0-1.5g/cm3。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述焙烧和石墨化处理是在保护性气体、提纯性气体或真空环境下进行的；
优选地，所述保护性气体包括氦气、氖气、氩气或氮气中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述提纯性气体包括氯气、氟利昂或氟气中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，步骤(2)所述焙烧的温度为700-1500℃；
优选地，步骤(2)所述焙烧的时间为5-30h；
优选地，步骤(2)所述焙烧的设备为辊道窑、隧道窑、推板窑或煅烧窑中的任意一种；
优选地，步骤(2)所述石墨化处理的温度为2800-3400℃；
优选地，步骤(2)所述石墨化处理的设备为内串式石墨化炉或艾奇逊石墨化炉。
8.根据权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括将得到的负极材料粉碎、整形以及除磁；
优选地，所述粉碎包括机械粉碎、气流粉碎或研磨粉碎中的任意一种；
优选地，所述整形包括分级、机械融合或筛分中的任意一种或至少两种的组合。
9.根据权利要求5-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(1)将基材粉碎至粒径为5-30μm，高挥发分焦粉碎至粒径为5-30μm，天然石墨粉碎至10-40μm，而后将粉碎后的基材、高挥发分焦和天然石墨在温度为10-500℃混合5-300min，得到混合物，将混合物进行模压成型或静压成型，得到直径为50-500mm，高度为200-800mm，密度为1.0-1.5g/cm3的圆柱体压制品；
(2)将步骤(1)得到的压制品在保护性气体、提纯性气体或真空环境下进行焙烧和石墨化处理，其中焙烧的温度为700-1500℃，焙烧时间为5-30h，石墨化处理的温度为2800-3400℃，得到石墨化品，将石墨化品粉碎、整形以及除磁，得到所述负极材料。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括权利要求1-4任一项所述的负极材料。
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