一种高通量快充型人造石墨负极材料及其制备方法

本发明属于锂离子电池负极材料，具体涉及一种高通量快充型人造石墨负极材料及其制备方法。

背景技术：

1、电子产品的蓬勃发展，对高性能能量储存与转化装置提出更高的要求。目前锂离子电池是电子设备中不可或缺的一部分。目前，商品化锂离子负极材料主要为针状焦、石油焦粉体为原料，经过近3000℃以上高温石墨化得到的石墨碳材料，层间距较低，难以满足锂离子的快速插入/脱除，因此，快充性能严重受限。目前通常采用对石墨进行碱、空气等介质以及天然石墨、硬碳与人造石墨复合或者不同粒度人造石墨粉体复配的方式来改善人造石墨的倍率充放电性能。但是碱刻蚀，会需要特种碳化设备，还需大量水或者酸来中和碱；空气氧化引入官能团虽然能一定程度改善大电流充电特性，但是官能团的引入也增大了电池的漏电流，还恶化其循环稳定性。人造石墨与天然石墨复合使用是一种简单可行的办法，但也不可避免将天然石墨的应用弊端引入人造石墨体系。不同粒度的复配使用，对快充性能的影响有限。相较而言，人造石墨中引入硬碳，可有效改善人造石墨的快充性能，然而，硬碳在石墨中的分散成为制约规?；τ玫囊淮竽烟?。此外，常规粉体的堆密度较低，导致粉体石墨化装炉容量小、能耗高，造成人造石墨负极材料生产成本高昂。

技术实现思路

1、为克服现有快充型人造石墨负极材料制备方法的不足，缓解困扰高性能快充型人造石墨制备低成本化制备的迫切需求，本发明提出一种高通量制备循环稳定性好、可规模生产的快充人造石墨负极材料的制备方法。

2、本发明的设计思路为：将具有粘结性的溶液与混有热解离子盐的原料粉体混合均匀后，压块成型，以期加大单位面积待石墨化焦粉的质量，之后在2500-2800℃石墨化，降低石墨化能耗，实现快充型人造石墨负极材料的高通量低成本制备。相比现行快充人造石墨负极材料制备方法，该法有如下特点：1)石墨化温度低于目前商品化人造石墨制备过程中石墨化的温度200～500℃，可显著降低用电能耗；2)粘结剂组分保证了拟石墨化的粉体原料成型，从而显著提高粉体堆积密度，增大批次石墨化原料处理量(即石墨化装容量)或装炉量；3)成型后的块体经过石墨化后内部无高硬度结块，仅需简单破碎即可变成粉体；4)本发明遴选使用的热解离子盐，在石墨化过程中分解，产生气体，阻碍前驱体碳微晶有序排列，从而增加石墨制品中的缺陷，扩大层间距。5)由于粘结剂与石墨前驱体热解特性的差异，会造成热解粘结剂-石墨界面微结构的调整，从而达到包覆石墨和与碳材料复合使用的效果。

3、为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

4、一种高通量快充型人造石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：

5、s1.将粘结剂溶解于溶剂中，获得溶液a；

6、s2.将石墨前驱体与盐按比例混合均匀，得到复合物b；

7、s3.将溶液a与复合物b搅拌混合，得到混合物c；

8、s4.将混合物c压块成型，经过烘干、石墨化后，得到快充型人造石墨负极材料。

9、优选地，所述的步骤s1中粘结剂为具有一定粘性和残炭的热解型聚合物材料，包括糖浆、热固性树脂、热塑性树脂、粘结沥青中的一种或多种；溶剂为水、甲苯、二甲基甲酰胺、乙醇中的一种或多种。

10、优选地，所述的步骤s1中溶解的温度范围为室温-90℃。

11、优选地，所述的步骤s1中溶液a的浓度为2-30％。

12、优选地，所述的步骤s2中石墨前驱体为针状焦、石油焦、沥青焦的生焦、锻焦、煤及其煤基半焦中的一种或多种；盐为受热分解类型的离子盐。

13、优选地，所述的步骤s2中盐与石墨前驱体的质量比例控制在0.5:1～10:1。

14、优选地，所述的步骤s3中混合物c中粘结剂与石墨前驱体的质量比例为1:100-10:100。

15、优选地，所述的步骤s4中成型压力为5-20mpa；石墨化温度为2500-2800℃，时间为0.5-8h。

16、一种如前所述的制备方法制得的高通量快充型人造石墨负极材料。

17、一种锂离子电池，包括如前所述的高通量快充型人造石墨负极材料。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

19、(1)本发明可以通过致密化成型的方式显著提升石墨化的装炉量，成型过程中热解盐的引入，有利于在石墨化升温过程中抑制碳微晶的有序排列，增加缺陷，增大层间距，从而实现低成本高通量快充人造石墨负极的制备。

20、(2)本发明所采用的制备方法工艺简单、可操作性强，所制备的快充人造石墨负极具有优异的3c充放电性能。

技术特征：

1.一种高通量快充型人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种高通量快充型人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤s1中粘结剂为糖浆、热固性树脂、热塑性树脂、粘结沥青中的一种或多种；溶剂为水、甲苯、二甲基甲酰胺、乙醇中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的一种高通量快充型人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤s1中溶解的温度范围为室温-90℃。

4.如权利要求1所述的一种高通量快充型人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤s1中溶液a的浓度为2-30％。

5.如权利要求1所述的一种高通量快充型人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤s2中石墨前驱体为针状焦、石油焦、沥青焦的生焦、锻焦、煤及其煤基半焦中的一种或多种；盐为受热分解类型的离子盐。

6.如权利要求1所述的一种高通量快充型人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤s2中盐与石墨前驱体的质量比例控制在0.5:1～10:1。

7.如权利要求1所述的一种高通量快充型人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤s3中混合物c中粘结剂与石墨前驱体的质量比例为1:100-10:100。

8.如权利要求1所述的一种高通量快充型人造石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤s4中成型压力为5-20mpa；石墨化温度为2500-2800℃，时间为0.5-8h。

9.一种权利要求1～8任意一项所述的制备方法制得的高通量快充型人造石墨负极材料。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的高通量快充型人造石墨负极材料。

技术总结
本发明涉及一种高通量快充型人造石墨负极材料及其制备方法，属于锂离子电池负极材料技术领域。本发明将具有粘结性的溶液与混有热解离子盐的原料粉体混合均匀后，压块成型，之后经石墨化，制得所述高通量快充型人造石墨负极材料。本发明可以通过致密化成型的方式显著提升石墨化的装炉量，成型过程中热解盐的引入，有利于在石墨化升温过程中抑制碳微晶的有序排列，增加缺陷，增大层间距，从而实现低成本高通量快充人造石墨负极的制备。本发明所采用的制备方法工艺简单、可操作性强，所制备的快充人造石墨负极具有优异的3C充放电性能。

技术研发人员：刘占军,田晓冬,连鹏飞
受?；さ募际跏褂谜撸?/b>中国科学院山西煤炭化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31