高倍率石墨負極材料的制備方法、負極材料和鋰離子電池的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及材料技術領域，尤其設及一種高倍率石墨負極材料的制備方法、負極 材料和裡離子電池。
【背景技術】
[0002] 在目前商業化的裡離子電池負極材料中，碳負極材料包括石墨，軟碳和硬碳，其中 就克容量而言，石墨容量最高，理論容量為372mAh/g，目前實際容量發揮高達360mAh/gW 上，正是因為碳材料具容量高、嵌/脫裡可逆性好、電位平臺低W及循環性能優良等優點，其 作為是3C類電子產品的主要負極材料并且得到了廣泛應用。
[0003] 然而裡離子只能從石墨層的邊緣，即平行于石墨層的方向進出石墨層結構，無法 從垂直石墨層的方向進出，因此裡離子進出石墨層的擴散系數小，直接導致裡離子電池較 差的倍率性能。此外，在高倍率下充放電時，當裡離子來不及擴散進入石墨層間時，裡離子 集中在負極電極表面并被還原成活性極高的金屬裡枝晶。金屬裡枝晶容易與電解液反應， 消耗電解液，使電池容量降低，嚴重縮短了電池的循環壽命;金屬裡枝晶聚集到一定程度還 可能造成電池的內部短路而導致安全事故。
[0004] 因此，解決石墨負極材料的倍率性能，不論從充放電速度上來說，或者是安全性能 上W及電池壽命的考慮，都是十分必要和迫切的。目前，電動汽車領域更是對下一代裡離子 電池的能量密度、功率密度、壽命提出了更高的要求，人們對納米孔、微米孔石墨和多邊形 石墨等方面進一步開展了多方面的研究，W期解決裡離子電池高功率的需求，然而并沒有 達到預期效果。因此，從裡離子電池功率密度上考慮W及業界對高功率密度裡離子電池的 迫切需求，開發高功率密度同時兼顧高能量密度的裡離子電池意義重大。
[0005] 通常解決石墨類負極材料的倍率性能主要通過打孔，減小顆粒尺寸和表面改性的 方法。比如專利CN103682282A是將金屬和/或金屬化合物負載在石墨上;將負載有催化劑的 石墨與反應氣進行反應，得到具有多孔結構的石墨負極材料，采用運種方法置備得到的材 料雖然能夠增加碳材料中裡離子進出通道，但是材料的比表面積增加，影響初始效率和全 電池的能量密度。
【發明內容】
[0006] 本發明實施例提供了一種高倍率石墨負極材料的制備方法、負極材料和裡離子電 池。該制備方法采用顆粒狀的碳材料，通過噴霧干燥等方式造粒，再通過漸青或者樹脂等液 相浸澤的方式將顆粒中的縫隙填補，W制備實屯、結構的石墨負極材料。保證了顆粒的強度， 能夠實現較高的壓實密度，在大幅提高倍率性能的同時也可W保證能量密度，倍率性能大 巾呂提局。
[0007] 第一方面，本發明實施例提供了一種高倍率石墨負極材料的制備方法，包括：
[000引 將60wt %~98wt %的碳材料、0.0 Iwt %~25wt %的粘接劑和0.0 Iwt %~15wt %的 導電劑混合制備漿料；
[0009] 對所述漿料進行噴霧干燥造粒或擠壓混捏造粒，得到粒度大小為扣m~30WI1的顆 粒；
[0010] 將所述顆粒置于回轉燒結爐內，在500°C~1000°C的惰性氣氛下進行燒結，保溫時 間為兩小時，之后冷卻至室溫，得到燒結后的塊狀材料；
[0011] 將所述塊狀材料打散至顆粒大小為如m~30WI1;
[0012] 使用液體漸青或樹脂對所述打散的材料進行浸澤；
[0013] 再將浸澤后的材料置于回轉燒結爐內，在5〇(Tc~iooor的惰性氣氛下進行燒結， 保溫時間為兩小時，之后冷卻至室溫，并將得到的材料再次打散至顆粒大小為如m~30WI1;
[0014] 在3000°C~3300°C將所述再次打散的顆粒進行石墨化處理，即得到所述高倍率石 墨負極材料。
[0015] 優選的，所述浸澤與浸澤后所述燒結的次數重復為1~3次。
[0016] 優選的，所述碳材料的顆粒大小為0.化m~10皿，包括天然石墨、人造石墨、石墨 碎、中間相碳微球、石油焦、漸青焦、針狀焦、焦炭、軟碳或硬碳中的一種或多種。
[0017] 優選的，所述粘結劑包括漸青、樹脂、纖維素中的一種或多種。
[0018] 優選的，所述導電劑包括炭黑、乙烘黑、爐黑、科琴碳、石墨顆粒或導電顆粒中的一 種或多種，W及碳納米管、碳纖維、導電纖維中的一種或多種。
[0019] 優選的，所述燒結的條件包括：
[0020] W2°c/min~5°C/min的升溫速率，由室溫升溫至500°C~1000°C。
[0021] 第二方面，本發明實施例提供了一種應用上述第一方面所述的制備方法制備的石 墨負極材料。
[0022] 優選的，所述石墨負極材料的形貌為球形、楠球形、碟卵石形或無規則的多邊形中 的一種或多種。
[0023] 優選的，所述石墨負極材料用于裡離子電池、裡離子電容器、裡硫電池或全固態電 池的負極材料或其中一部分。
[0024] 第=方面，本發明實施例提供了一種包括上述第二方面所述石墨負極材料的裡離 子電池。
[0025] 本發明實施例提供的高倍率石墨負極材料的制備方法，該制備方法采用顆粒狀的 碳材料，通過噴霧干燥等方式造粒，再通過漸青或者樹脂等液相浸澤的方式將顆粒中的縫 隙填補，W制備實屯、結構的石墨負極材料。保證了顆粒的強度，能夠實現較高的壓實密度， 在大幅提高倍率性能的同時也可W保證能量密度，倍率性能大幅提高。
【附圖說明】
[0026] 下面通過附圖和實施例，對本發明實施例的技術方案做進一步詳細描述。
[0027] 圖1為本發明實施例1提供的高倍率石墨負極材料的制備方法流程圖；
[0028] 圖2為本發明實施例2提供的石墨負極材料的結構示意圖；
[0029] 圖3為本發明實施例3提供的高倍率裡離子電池負極材料的0.1 C和IOC的充電曲線 圖；
[0030] 圖4為本發明實施例4提供的高倍率裡離子電池負極材料的0.1 C和IOC的充電曲線 圖；
[0031] 圖5為本發明實施例5提供的高倍率裡離子電池負極材料的0.1 C和IOC的充電曲線 圖；
[0032] 圖6為本發明實施例6提供的高倍率裡離子電池負極材料的0.1 C和IOC的充電曲線 圖；
[0033] 圖7為本發明實施例7提供的高倍率裡離子電池負極材料的0.1 C和IOC的充電曲線 圖；
[0034] 圖8為本發明實施例8提供的高倍率裡離子電池負極材料的0.1 C和IOC的充電曲線 圖；
[0035] 圖9為本發明實施例9提供的高倍率裡離子電池負極材料的0.1 C和IOC的充電曲線 圖；
[0036] 圖10為本發明實施例10提供的高倍率裡離子電池負極材料的0.1 C和IOC的充電曲 線圖；
[0037] 圖11為本發明對比例1提供的裡離子電池負極材料的0.1 C和IOC的充電曲線圖； [003引圖12為本發明對比例2提供的裡離子電池負極材料的0.1 C和IOC的充電曲線圖。
【具體實施方式】
[0039] 下面結合實施例，對本發明進行進一步的詳細說明，但并不意于限制本發明的保 護范圍。
[0040] 實施例1
[0041] 本發明實施例1提供了一種高倍率石墨負極材料的制備方法，如圖1所示，包括如 下步驟：
[0042] 步驟11，將60wt%~98wt%的碳材料、0 .Olwt%~25wt%的粘接劑和0.0 lwt%~ 15wt %的導電劑混合制備漿料；
[0043] 具體的，碳材料的顆粒大小為0.5皿~10皿，包括天然石墨、人造石墨、石墨碎、中 間相碳微球、石油焦、漸青焦、針狀焦、焦炭、軟碳或硬碳中的一種或多種。
[0044] 粘結劑包括漸青、樹脂、纖維素中的一種或多種。其中，樹脂可W包括:酪醒樹脂、 脈醒樹脂、=聚氯胺一甲醒樹脂、環氧樹脂、不飽和樹脂、聚氨醋、聚酷亞胺等。纖維素可W 包括：甲基纖維素、徑丙基甲基纖維素、徑乙基纖維素、簇甲基纖維素等。
[0045] 導電劑包括炭黑、乙烘黑、爐黑、科琴碳、石墨顆粒、導電顆粒、碳納米管、碳纖維、 導電纖維中的一種或多種。
[0046] 步驟12,對制備得到的漿料進行噴霧干燥造粒或