專利名稱：一種用于鋰離子電池改性石墨負(fù)極材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鋰離子電池改性石墨負(fù)極材料的制備方法，屬于鋰離子電池用負(fù)極材料制備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鋰離子電池是目前世界上最為理想也是技術(shù)最高的可充電化學(xué)電池，與其他電池相比，鋰離子電池各項(xiàng)性能更為出色，具有體積小、電容量大、電壓高等優(yōu)點(diǎn)，鋰離子電池目前主要用于手機(jī)、筆記本電腦、電動(dòng)工具、電子產(chǎn)品等方面，未來將運(yùn)用于電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車、航天航空、軍事移動(dòng)通信工具和設(shè)備等領(lǐng)域，其需求量將越來越大，并有望在電動(dòng)汽車領(lǐng)域呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。鋰離子電池負(fù)極材料以炭材料為主，主要有天然石墨和人造石墨兩種，天然石墨具有高度取向的層狀結(jié)構(gòu)，對(duì)電解液非常敏感，與溶劑相容性差，會(huì)發(fā)生鋰與有機(jī)溶劑共同插入石墨層間以及有機(jī)溶劑進(jìn)一步分解，容易造成石墨層逐步剝落、石墨顆粒發(fā)生崩裂和粉化，從而降低石墨材料壽命。同時(shí)人造石墨具有比表面積高，振實(shí)密度低，不可逆容量高及加工困難等缺點(diǎn)，制約了其使用范圍。通過對(duì)石墨進(jìn)行改性處理，即對(duì)石墨表面包覆一層石墨炭，能有效解決上述問題。通常采用的包覆方式有化學(xué)氣相沉積法、液相法和固相法。前兩種工藝要求較高， 實(shí)用化困難。而固相法在高溫炭化后石墨顆粒易于粘結(jié)，在以后的粉碎處理中易造成包覆層的脫落破損，影響了負(fù)極材料的整體性能。而且炭化過程耗時(shí)長，能耗大，需要專門的炭化爐，再加上后續(xù)石墨化的費(fèi)用，所以成本非常高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、投入少、包覆完整的一種改性石墨電池負(fù)極材料及制備方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述目的所采用的技術(shù)方案為1、一種用于鋰離子電池改性石墨負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟(1)將天然石墨或人造石墨或兩者的混合物與浙青粉按一定比例混合均勻；(2)將混合均勻后的粉體在惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行熱處理直至浙青熔化并包覆在石墨顆粒表面，然后冷卻篩分，制得石墨粉體；(3)在一定溫度的空氣環(huán)境下，將步驟O)中所得到的石墨粉體表面的浙青層進(jìn)行氧化處理；(4)將氧化處理后的石墨粉體裝入坩堝中并輕微壓實(shí)，直接進(jìn)行高溫石墨化處理， 即制得成品。天然石墨或人造石墨為球形或近似球形，其平均粒徑為D50 = 10 30 μ m，振實(shí)密度大于0. 90g/cm3。浙青粉為普通高溫煤浙青或石油浙青，軟化點(diǎn)為100 180°C，通過機(jī)械粉碎或氣流粉碎至D99為5μπι以下。所述的石墨與浙青粉的比例1.0 2.0 10。步驟(2)中熱處理的溫度為200 350°C，處理時(shí)間為1 6小時(shí)。步驟(2)中對(duì)石墨顆粒篩分， 篩網(wǎng)目數(shù)為200 300目。步驟(3)中對(duì)石墨粉體氧化處理，處理溫度為200 300°C，處理時(shí)間為1 12小時(shí)。步驟中石墨化處理溫度為沈00 3000°C，處理時(shí)間為0. 5 3小時(shí)。本發(fā)明有下列優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明的制備方法通過對(duì)包覆在石墨顆粒表面的浙青層進(jìn)行氧化處理，避免了固相法在高溫炭化時(shí)因結(jié)塊而需要粉碎所導(dǎo)致對(duì)包覆層破壞的現(xiàn)象。(2)本發(fā)明的制備方法工藝簡單，省去了炭化工序，成本低廉，易于工業(yè)化生產(chǎn)。(3)本發(fā)明能有效降低石墨的比表面積，所制得的改性石墨具有較高的首次充放電效率、高可逆比容量和穩(wěn)定的循環(huán)性能。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)具體的說明。實(shí)施例1 將90千克球形天然石墨(平均粒徑D50為17. 3 μ m，振實(shí)密度為l.Olg/ cm3，比表面積為5. 8m2/g)和10千克的浙青粉(D99為5 μ m，軟化點(diǎn)為150°C )混合均勻。將混合后的粉體按5°C /min升溫至270°C，并保溫2小時(shí)，熱處理過程中通入氮?dú)?，冷卻后用 250目的篩網(wǎng)進(jìn)行篩分，再將所得到的粉體在^KTC的空氣中保溫處理6小時(shí)。將做完不熔化處理的粉體裝入石墨坩堝中，并輕微壓實(shí)，在2600°C下直接做石墨化處理即得成品。檢驗(yàn)本發(fā)明鋰離子電池負(fù)極材料的性能，采用全電池測試方法測試為用本發(fā)明的石墨為負(fù)極，鈷酸鋰作正極，電解液為IM LiPF6/EC+DEC+DMC = 1 1 1，基丙烯微孔膜為隔膜，組裝成成品電池，以IC的速率進(jìn)行充放電試驗(yàn)，充放電電壓限制在4. 2 3. ΟΥ, Μ 試電池的性能。結(jié)果見表1。實(shí)施例2 將100千克人造石墨(平均粒徑D50為12.611111，振實(shí)密度為1.038/(^3， 比表面積為4. 8m2/g)和10千克的浙青粉(D99為5 μ m，軟化點(diǎn)為150°C )混合均勻。將混合后的粉體按5°C /min升溫至260°C，并保溫3小時(shí)，熱處理過程中通入氮?dú)猓鋮s后用250 目的篩網(wǎng)進(jìn)行篩分，再將所得到的粉體在270°C的空氣中保溫處理5小時(shí)。將做完不熔化處理的粉體裝入石墨坩堝中，并輕微壓實(shí)，在觀001直接做石墨化處理即得成品。檢測方法同實(shí)施例1，結(jié)果見表1。實(shí)施例3 將實(shí)施例一和實(shí)施例二所使用的球形天然石墨和人造石墨各50千克和 10千克的浙青粉(D99為5 μ m，軟化點(diǎn)為150°C )混合均勻，將混合后的粉體按5°C /min升溫至300°C，并保溫2小時(shí)，熱處理過程中通入氮?dú)?，冷卻后用250目的篩網(wǎng)進(jìn)行篩分，再將所得到的粉體在，280°C的空氣中保溫處理5小時(shí)。將做完不熔化處理的粉體裝入石墨坩堝中，并輕微壓實(shí)，在2700°C直接做石墨化處理即得成品。檢測方法同實(shí)施例1，結(jié)果見表1。表1為采用本發(fā)明制得的成品與未經(jīng)過改性的天然石墨和人造石墨的性能參數(shù)表1
權(quán)利要求
1.一種用于鋰離子電池改性石墨負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟(1)將天然石墨或人造石墨或兩者的混合物與浙青粉按一定比例混合均勻；(2)將混合均勻后的粉體在惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行熱處理直至浙青熔化并包覆在石墨顆粒表面，然后冷卻篩分，制得石墨粉體；(3)在一定溫度的空氣環(huán)境下，將步驟2中所得到的石墨粉體表面的浙青層進(jìn)行氧化處理；(4)將氧化處理后的石墨粉體裝入坩堝中并輕微壓實(shí)，直接進(jìn)行高溫石墨化處理，即制得成品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于天然石墨或人造石墨為球形或近似球形，其平均粒徑為D50 = 10 30 μ m，振實(shí)密度大于0. 90g/cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于浙青粉為普通高溫煤浙青或石油浙青，軟化點(diǎn)為100 180°C，通過機(jī)械粉碎或氣流粉碎至D99為5 μ m以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于所述的石墨與浙青粉的比例10 1.0 2.0。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于步驟O)中熱處理的溫度為200 350°C，處理時(shí)間為1 6小時(shí)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于步驟O)中對(duì)石墨顆粒篩分，篩網(wǎng)目數(shù)為200 300目。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于步驟(3)中對(duì)石墨粉體氧化處理，處理溫度為200 300°C，處理時(shí)間為為1 12小時(shí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于步驟中石墨化設(shè)備優(yōu)選為臥式石墨化爐，處理溫度為2600 3000°C，保溫時(shí)間為0. 5 3小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改性石墨負(fù)極材料及其制備方法，屬于鋰離子電池用負(fù)極材料制備領(lǐng)域。包括以下步驟(1)將天然石墨或人造石墨或兩者的混合物與瀝青粉按一定比例混合均勻；(2)將混合均勻后的粉體在惰性氣體的保護(hù)下進(jìn)行熱處理后，讓瀝青熔化并包覆在石墨顆粒表面，然后冷卻篩分；(3)將步驟(2)所得到的粉體進(jìn)行不熔化處理，即對(duì)石墨顆粒表面的瀝青層進(jìn)行氧化處理；(4)將步驟(3)所得到的粉體裝入石墨坩堝中并輕微壓實(shí)，直接進(jìn)行高溫石墨化即得成品。本發(fā)明設(shè)備投入少，工藝簡單，省去了高溫炭化工序，成本低廉，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01M4/1393GK102227020SQ201110132408
公開日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者田東 申請(qǐng)人:田東