專利名稱：一種鋰離子電池石墨負(fù)極材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體的涉及一種鋰離子電池石墨負(fù)極材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鋰離子電池與原有電池相比，以其能量密度高、循環(huán)壽命長、無記憶效應(yīng)等特點(diǎn)， 在手機(jī)、筆記本電腦和電動工具等方面已經(jīng)迅速普及了。隨著各種產(chǎn)品對小型輕量及多功 能、長時間驅(qū)動化的要求不斷增加，鋰離子電池容量的提高仍將依賴于材料的發(fā)展和完善。 因此，長期以來，提高鋰離子電池負(fù)極材料的比容量、減少首次不可逆容量，改善循環(huán)穩(wěn)定 性，一直是研究開發(fā)的重點(diǎn)。鋰離子二次電池負(fù)極材料目前主要以石墨類為主。其中包括人造石墨和天然石 墨類，人造石墨由于加工過程中需要高溫石墨化處理，成本較高，提高材料的性價(jià)比非常困 難；天然石墨有理想的層狀結(jié)構(gòu)，具有很高的電容量(接近理論容量372mAh/g)，成本低但 其存在結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易造成溶劑分子的共插入，使其在充放電過程中層片脫落，導(dǎo)致電池循 環(huán)性能差，安全性差。因此，為克服天然石墨和人造石墨各自性能的不足，現(xiàn)有技術(shù)都是對天然石墨或 人造石墨進(jìn)行改性處理。日本專利JP1(^94111用浙青對石墨炭材料進(jìn)行低溫包覆，包覆 后需進(jìn)行不融化處理和輕度粉碎，這種方法難以做到包覆均勻。日本專利JP11M6209是 將石墨和硬炭顆粒在10 300°C溫度下在浙青或焦油中浸漬，然后進(jìn)行溶劑分離和熱處 理，這種方法難以在石墨和硬炭表面形成具有一定厚度的高度聚合的浙青層，對于天然石 墨結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的提高將受到限制。日本專利JP2000003708用機(jī)械方法對石墨材料進(jìn)行 圓整化，然后在重油、焦油或浙青中進(jìn)行浸漬，再進(jìn)行分離和洗滌，單純從包覆方法看與 JPl 1246209相近。日本專利JP20001擬617是采用天然石墨等與浙青或樹脂或其混合物共 炭化，這種方法能夠降低石墨材料比表面積，但在包覆效果上難以達(dá)到較佳控制。日本專利 JP2000243398是利用浙青熱解產(chǎn)生的氣氛對石墨材料進(jìn)行表面處理，這種方法不大可能使 被改性材料的形態(tài)得到很大改善，因而使電性能的提高受到限制。日本專利JP200204^16 以芳烴為原料用CVD法進(jìn)行包覆或用浙青酚醛樹脂進(jìn)行包覆，這與JP20001^617和 JP2000283398在效果上有相似之處。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有的改性天然石墨或人造石墨的制備 方法中，改性材料包覆不均勻、不易提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、電性能提高有限等缺陷，而提供了一 種鋰離子電池石墨負(fù)極材料的制備方法及由其制得的鋰離子電池石墨負(fù)極材料。本發(fā)明的 鋰離子電池石墨負(fù)極材料放電容量和首次充放電效率高，循環(huán)壽命長；其首次放電容量在 355mAh/g以上，首次充放電效率在92%以上，循環(huán)性能400周80%以上。其制備方法中，工 藝簡便易行，原料來源廣泛且成本低。本發(fā)明涉及一種鋰離子電池石墨負(fù)極材料的制備方法，其包含下列步驟①將天然石墨和非晶炭前驅(qū)物混合，在400 600°C加熱進(jìn)行天然石墨的表面包覆處理；②將步驟 ①得到的物質(zhì)進(jìn)行炭化處理；③將步驟②得到的物質(zhì)和導(dǎo)電劑按照90 10 99 1的質(zhì) 量比混合，即可；其中，天然石墨與非晶炭前驅(qū)物的質(zhì)量比為80 20 95 5，炭化處理 的溫度為900 1600°C。其中，所述的天然石墨較佳的為球形天然石墨，如土豆?fàn)罨蚯驙?，平均粒徑較佳的 為5 30 μ m，優(yōu)選15 25 μ m;所述的天然石墨與非晶炭前驅(qū)物的質(zhì)量比優(yōu)選90 10; 所述的非晶型炭前驅(qū)物較佳的為石油浙青、煤浙青或酚醛樹脂，優(yōu)選石油浙青。因此步驟② 得到的物質(zhì)為表面包覆非晶型炭的天然石墨，這些非晶型炭較佳的為石油浙青、煤浙青或 酚醛樹脂炭化所得的非晶型炭，優(yōu)選石油浙青炭化所得的非晶型炭。本發(fā)明中，所述的炭化處理的溫度優(yōu)選1000 1250°C。所述的導(dǎo)電劑可選炭黑、 氣相生長炭纖維或細(xì)顆粒人造石墨，優(yōu)選細(xì)顆粒人造石墨。本發(fā)明的制備方法中，上述各優(yōu)選條件在不違背本領(lǐng)域常識的基礎(chǔ)上可任意組 合，即制得本發(fā)明的各較佳實(shí)例。本發(fā)明進(jìn)一步涉及由上述制備方法制得的鋰離子電池石墨負(fù)極材料。較佳的，其 平均粒徑為5 30 μ m，比表面積在4. 0m2/g以下。本發(fā)明優(yōu)選的鋰離子電池石墨負(fù)極材料 的性能參數(shù)如表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于包含下列步驟①將天然石 墨和非晶炭前驅(qū)物混合，在400 600°C加熱進(jìn)行天然石墨的表面包覆處理；②將步驟①得 到的物質(zhì)進(jìn)行炭化處理；③將步驟②得到的物質(zhì)和導(dǎo)電劑按照90 10 99 1的質(zhì)量比 混合，即可；其中，天然石墨與非晶炭前驅(qū)物的質(zhì)量比為80 20 95 5，炭化處理的溫 度為 900 16000C ο
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的天然石墨為球形天然石墨，平均 粒徑為5 30 μ m。
3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于所述的天然石墨的平均粒徑為15 25 μ m0
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的天然石墨與非晶炭前驅(qū)物的質(zhì) 量比為90 10。
5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的非晶型炭前驅(qū)物為石油浙青、煤 浙青或酚醛樹脂中的任意一種。
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的炭化處理的溫度為1000 U50°C。
7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的導(dǎo)電劑為炭黑、氣相生長炭纖維 或細(xì)顆粒人造石墨中任意一種。
8.如權(quán)利要求1 7任一項(xiàng)所述的制備方法制得的鋰離子電池石墨負(fù)極材料。
9.如權(quán)利要求8所述的鋰離子電池石墨負(fù)極材料，其特征在于其平均粒徑為5 30 μ m,比表面積在4. 0m2/g以下。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰離子電池石墨負(fù)極材料的制備方法，其包含下列步驟①將天然石墨和非晶炭前驅(qū)物混合，在400～600℃加熱進(jìn)行天然石墨的表面包覆處理；②將步驟①得到的物質(zhì)進(jìn)行炭化處理；③將步驟②得到的物質(zhì)和導(dǎo)電劑按照90∶10～99∶1的質(zhì)量比混合，即可；其中，天然石墨與非晶炭前驅(qū)物的質(zhì)量比為80∶20～95∶5，炭化處理的溫度為900～1600℃。本發(fā)明的鋰離子電池石墨負(fù)極材料放電容量和首次充放電效率高，循環(huán)壽命長；其首次放電容量在355mAh/g以上，首次充放電效率在92％以上，循環(huán)性能400周80％以上。其制備方法中，工藝簡便易行，原料來源廣泛且成本低。
文檔編號H01M4/38GK102117911SQ20091024774
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者喬永民, 吳敏昌, 李輝, 杜輝玉, 池淑芬, 謝秋生 申請人:上海杉杉科技有限公司