CN114068888A - 一种碳包覆大小颗粒混的石墨负极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳包覆大小颗粒混的石墨负极材料及其制备方法，所述的一种碳包覆大小颗粒混的石墨负极材料包括人造石墨和天然石墨，所述的制备方法包括天然石墨改性处理和石墨化、天然石墨大颗粒和人造石墨小颗粒融合、酚醛树脂包覆大小颗粒制备得到碳包覆大小颗粒混的石墨负极材料。本发明开发出一种克容量高且成本低的石墨负极材料，同时改善石墨负极电化学性能，降低电池成本，提高电池能量密度。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及到一种碳包覆大小颗粒混的石墨负极材料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池具有环境友好、循环寿命长、能量密度高等优点，已在智能手机、笔记本、电工工具及电动汽车领域广泛应用。而随着企业不断竞争，现阶段锂离子电池企业也在改变技术路线，在不牺牲现有性能的同时，使用低成本材料，并且提高能量密度，以达到自己的竞争优势。
负极材料作为锂离子电池综合电化学性能的决定因素之一，影响着电池的低温、倍率、循环等性能。天然石墨具有理想的层状结构和较高的克容量发挥，几乎接近理论克容量372mAh/g，且成本低廉，应用于锂离子电池中，可降低电池成本，还可提高能量密度。然而，天然石墨结构不够稳定，在快速充放电时容易造成石墨层片脱落，导致电池容量衰减和安全性能差。而人造石墨具有稳定的结构及优异的电化学性能，但是加工性能相对较为困难。因此，需要克服上述问题，开发一种石墨材料以满足现阶段的需求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种碳包覆大小颗粒混的石墨负极材料及其制备方法，旨在开发一种克容量高且成本低的石墨负极材料，同时改善石墨负极电化学性能，降低电池成本，提高电池能量密度。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种碳包覆大小颗粒混的石墨负极材料及其制备方法，所述的大小颗粒混的石墨负极材料包括人造石墨和天然石墨，所述的制备方法包括以下步骤：
S1：将球状天然石墨与沥青按一定质量比进行加热捏合，在惰性气体保护下，进行低温表面改性处理，冷却至室温，得到改性天然石墨；
S2：将S1制备的改性天然石墨进行石墨化处理，制备得到天然石墨大颗粒；
S3：将S2制备的天然石墨大颗粒与人造石墨小颗粒按一定质量比进行融合，得到大小颗粒混合材料；
S4：将S3中制备的大小颗粒混合材料分散于酚醛树脂溶液中，分散均匀后，干燥，固化交联，最后进行碳化处理，制备得到大小颗粒混的石墨负极材料。
所述的球状天然石墨与粘接剂的质量比为100：5~15。进一步地，所述的球状天然石墨与粘接剂的质量比为100：7~13。
所述的球状天然石墨的D50为5~10μm，所述的沥青的D50为2~6μm。进一步地，所述的球状天然石墨的D50为6~9μm，所述的沥青的D50为2~5μm。
所述的低温表面改性处理的温度为300~800℃。进一步地，所述的低温表面改性处理的温度为300~700℃。
所述的石墨化温度为2400~3000℃，所述的石墨化时间为4~30h。
进一步地，所述的石墨化温度为2700~3000℃，所述的石墨化时间为4~20h。
所述的天然石墨大颗粒的D50为18~25μm，所述的人造石墨的D50为6~15μm，所述的天然石墨大颗粒与人造石墨小颗粒的质量比为50~80：20~50。进一步地，所述的天然石墨大颗粒的D50为20~25μm，所述的人造石墨的D50为8~15μm，所述的天然石墨大颗粒与人造石墨小颗粒的质量比为60~70：30~40。
所述的固化交联温度为100~150℃，固化时间为1~5min。进一步地，所述的固化交联温度为100~150℃，固化时间为1~3min。
所述的碳化处理温度为700~1200℃，处理时间为1~10h。进一步地，所述的碳化处理温度为800~1100℃，处理时间为1~5h。
本发明的有益效果在于：本发明采用沥青包覆天然石墨，进行低温改性及石墨化处理，使得天然石墨具有更加稳定的结构，并且可提高天然石墨的低温性能和倍率性能，同时通过混合天然石墨大颗粒和人造石墨小颗粒，可提高材料的振实密度，后续的无定型碳包覆，进一步可以提高石墨负极材料的低温、倍率及循环等电化学性能，同时提高石墨负极材料的克容量，降低电池成本，提高电池能量密度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
实施例1：
S1：将100Kg球状天然石墨与7Kg沥青混合，进行加热捏合，在氮气保护下，在500℃下进行表面改性处理，冷却至室温，得到改性天然石墨；
S2：将S1制备的改性天然石墨在2800℃下进行石墨化处理18h，制备得到天然石墨大颗粒；
S3：将40Kg天然石墨大颗粒与60Kg人造石墨小颗粒进行融合，得到大小颗粒混合材料；
S4：将S3中制备的大小颗粒混合材料分散于酚醛树脂溶液中，分散均匀后，干燥，在150℃下固化交联3min，冷却后，在1000℃下碳化处理2h，制备得到大小颗粒混的石墨负极材料。
实施例2：
S1：将100Kg球状天然石墨与10Kg沥青混合，进行加热捏合，在氮气保护下，在500℃下进行表面改性处理，冷却至室温，得到改性天然石墨；
S2：将S1制备的改性天然石墨在2800℃下进行石墨化处理18h，制备得到天然石墨大颗粒；
S3：将40Kg天然石墨大颗粒与60Kg人造石墨小颗粒进行融合，得到大小颗粒混合材料；
S4：将S3中制备的大小颗粒混合材料分散于酚醛树脂溶液中，分散均匀后，干燥，在150℃下固化交联3min，冷却后，在1000℃下碳化处理2h，制备得到大小颗粒混的石墨负极材料。
实施例3：
S1：将100Kg球状天然石墨与13Kg沥青混合，进行加热捏合，在氮气保护下，在500℃下进行表面改性处理，冷却至室温，得到改性天然石墨；
S2：将S1制备的改性天然石墨在2800℃下进行石墨化处理18h，制备得到天然石墨大颗粒；
S3：将40Kg天然石墨大颗粒与60Kg人造石墨小颗粒进行融合，得到大小颗粒混合材料；
S4：将S3中制备的大小颗粒混合材料分散于酚醛树脂溶液中，分散均匀后，干燥，在150℃下固化交联3min，冷却后，在1000℃下碳化处理2h，制备得到大小颗粒混的石墨负极材料。
实施例4：
S1：将100Kg球状天然石墨与10Kg沥青混合，进行加热捏合，在氮气保护下，在500℃下进行表面改性处理，冷却至室温，得到改性天然石墨；
S2：将S1制备的改性天然石墨在2800℃下进行石墨化处理18h，制备得到天然石墨大颗粒；
S3：将30Kg天然石墨大颗粒与70Kg人造石墨小颗粒进行融合，得到大小颗粒混合材料；
S4：将S3中制备的大小颗粒混合材料分散于酚醛树脂溶液中，分散均匀后，干燥，在150℃下固化交联3min，冷却后，在1000℃下碳化处理2h，制备得到大小颗粒混的石墨负极材料。
实施例5：
S1：将100Kg球状天然石墨与10Kg沥青混合，进行加热捏合，在氮气保护下，在500℃下进行表面改性处理，冷却至室温，得到改性天然石墨；
S2：将S1制备的改性天然石墨在3000℃下进行石墨化处理18h，制备得到天然石墨大颗粒；
S3：将40Kg天然石墨大颗粒与60Kg人造石墨小颗粒进行融合，得到大小颗粒混合材料；
S4：将S3中制备的大小颗粒混合材料分散于酚醛树脂溶液中，分散均匀后，干燥，在150℃下固化交联3min，冷却后，在1000℃下碳化处理2h，制备得到大小颗粒混的石墨负极材料。
本发明一种碳包覆大小颗粒混的石墨负极材料及其制备方法，开发一种克容量高达368mAh/g且成本低的石墨负极材料，其电化学性能得到有效地改善，所制备的电池成本降低，能量密度得到提高。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明的技术范围做出任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案范围。
Claims (8)
1.一种碳包覆大小颗粒混的石墨负极材料及其制备方法，其特征在于，所述的大小颗粒混的石墨负极材料包括人造石墨和天然石墨，所述的制备方法包括以下步骤：
S1：将球状天然石墨与沥青按一定质量比进行加热捏合，在惰性气体保护下，进行低温表面改性处理，冷却至室温，得到改性天然石墨；
S2：将S1制备的改性天然石墨进行石墨化处理，制备得到天然石墨大颗粒；
S3：将S2制备的天然石墨大颗粒与人造石墨小颗粒按一定质量比进行融合，得到大小颗粒混合材料；
S4：将S3中制备的大小颗粒混合材料分散于酚醛树脂溶液中，分散均匀后，干燥，固化交联，最后进行碳化处理，制备得到大小颗粒混的石墨负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种碳包覆大小颗粒混的石墨负极材料及其制备方法，其特征在于，所述的球状天然石墨与粘接剂的质量比为100：5~15。
3.根据权利要求1所述的一种碳包覆大小颗粒混的石墨负极材料及其制备方法，其特征在于，所述的球状天然石墨的D50为5~10μm，所述的沥青的D50为2~6μm。
4.根据权利要求1所述的一种碳包覆大小颗粒混的石墨负极材料及其制备方法，其特征在于，所述的低温表面改性处理的温度为300~800℃。
5.根据权利要求1所述的一种碳包覆大小颗粒混的石墨负极材料及其制备方法，其特征在于，所述的石墨化温度为2400~3000℃，所述的石墨化时间为4~30h。
6.根据权利要求1所述的一种碳包覆大小颗粒混的石墨负极材料及其制备方法，其特征在于，所述的天然石墨大颗粒的D50为18~25μm，所述的人造石墨的D50为6~15μm，所述的天然石墨大颗粒与人造石墨小颗粒的质量比为50~80：20~50。
7.根据权利要求1所述的一种碳包覆大小颗粒混的石墨负极材料及其制备方法，其特征在于，所述的固化交联温度为100~150℃，固化时间为1~5min。
8.根据权利要求1所述的一种碳包覆大小颗粒混的石墨负极材料及其制备方法，其特征在于，所述的碳化处理温度为700~1200℃，处理时间为1~10h。
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