1.本發(fā)明屬于鋰離子電池材料領(lǐng)域，具體涉及一種快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

2.隨著市場對電動汽車的需求日益增加，在追求續(xù)航里程的同時，也對快速充電性能提出了極高的要求。動力鋰離子電池作為電動汽車的核心零部件，其能量密度和快充性能決定了電動汽車的續(xù)航和快充性能。在動力電池工藝中，為了實現(xiàn)更高的能量密度，采用提高負(fù)極極片壓實密度和面密度的方法，這對動力電池的快充性能造成很大的負(fù)面影響。因此，開發(fā)一種可以快充的高壓實、高容量人造石墨極為重要。

3.為了提高人造石墨的壓實密度和容量，商業(yè)化產(chǎn)品通常采優(yōu)選原材料來實現(xiàn)。通過選擇易石墨化的石油焦、針狀焦或者天然石墨來提升最終產(chǎn)品的容量和壓實密度。

4.為了提高人造石墨負(fù)極材料的快充性能，商業(yè)化的產(chǎn)品通常采用表面包覆來實現(xiàn)。通過人造石墨表面包覆工藝，在顆粒表面形成一層軟碳或者硬碳，從而提高鋰離子的遷移速率，進(jìn)而提高鋰離子電池的快速充電性能。

5.專利cn105390673b以高度石墨化材料作為原材料，經(jīng)過破碎、造粒、石墨化、碳包覆制備高容量石墨負(fù)極。其首次放電容量達(dá)到346.2，壓實1.26、倍率1c。雖然容量上有所提升，但其倍率僅能達(dá)到1c，快充性能仍無法滿足目前市場需要。

6.即現(xiàn)有技術(shù)，雖然都制備出了高容量高壓實或者快充石墨負(fù)極，但均沒有實現(xiàn)高容量高壓實和快充性能的兼顧。而目前的電動汽車市場，迫切需要一款可以商業(yè)化的、兼顧高容量高壓實和快充性能的人造石墨負(fù)極材料。

7.故基于此，提出本發(fā)明技術(shù)方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

8.為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料及其制備方法。所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料，通過選擇易石墨化焦作為原料保障材料的高容量特性，再通過對原材料表面處理，改善顆粒的表面形貌，優(yōu)化顆粒粒度分布，進(jìn)而提升材料的壓實密度。通過造粒，縮短鋰離子的傳遞路徑和增加鋰離子的傳遞通道、表面碳包覆在石墨表面形成一層無定型炭，增加石墨表面層間距，降低鋰離子在石墨表面的傳遞阻力，從而增加快充性能。

9.本發(fā)明的方案是，提供一種快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料的制備方法，包括如下步驟：

10.(1)磨粉處理：將石墨化原料經(jīng)過機(jī)械磨進(jìn)行粉碎，得粉碎物料；

11.(2)表面處理：將所述粉碎物料經(jīng)過整形設(shè)備，進(jìn)行表面整形、修飾，得修飾物料；

12.(3)造粒：將所述修飾物料、粘結(jié)劑混合均勻，通過反應(yīng)釜進(jìn)行造粒，得造粒物料；

13.(4)石墨化：將所述造粒物料在石墨化爐中進(jìn)行高溫石墨化處理，得石墨化材料；

14.(5)碳包覆：將所述石墨化材料、包覆劑混合均勻，經(jīng)過碳化爐高溫碳化處理，即得所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料。

15.優(yōu)選地，步驟(1)中，所述石墨化原料為針狀焦、石油焦或煅后焦中的一種；所述粉碎物料d50為5～15μm。

16.優(yōu)選地，步驟(2)中，所述整形設(shè)備轉(zhuǎn)速為30～50r/min。

17.優(yōu)選地，步驟(3)中，所述粘結(jié)劑為瀝青、樹脂或煤焦油中的一種。

18.優(yōu)選地，步驟(3)中，所述造粒物料d50為15～30μm。

19.其中，步驟(3)中，所述反應(yīng)釜為立式釜或臥式釜中的一種。

20.優(yōu)選地，步驟(4)中，所述高溫石墨化處理的溫度為2500～3000℃。

21.其中，步驟(4)中，所述石墨化爐為艾奇遜爐或廂式爐中的一種。

22.優(yōu)選地，步驟(5)中，所述碳化溫度為800～1200℃。

23.其中，步驟(5)中，所述碳化爐為輥道窯、推板窯、回轉(zhuǎn)窯中的一種。

24.基于相同的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明的另一方案是，提供一種上述方法制備得到的快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料。

25.優(yōu)選地，所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料呈二次顆粒狀，具有核殼結(jié)構(gòu)；其中核層材料為人造石墨，殼層材料為無定形碳。

26.本發(fā)明的有益效果為：

27.1、本發(fā)明以易石墨化焦為原材料，保證了材料的高容量；

28.2、本發(fā)明用原材料表面處理方法，改善顆粒的表面形貌，優(yōu)化顆粒粒度分布，保證材料的壓實密度；

29.3、本發(fā)明通過造粒，縮短鋰離子的傳遞路徑和增加鋰離子的傳遞通道、表面碳包覆在石墨表面形成一層無定形碳，增加石墨表面層間距，降低鋰離子在石墨表面的傳遞阻力，保證快充性能。

附圖說明

30.為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

31.圖1是本發(fā)明所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)示意圖。

32.圖2是本發(fā)明所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料的掃描電鏡圖。

具體實施方式

33.為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。

34.實施例1

35.本實施例提供一種快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料的制備方法，包括如下步

驟：

36.(1)磨粉處理：將石油焦經(jīng)過機(jī)械磨磨粉，得粒徑d50為5μm的粉碎物料；

37.(2)表面處理：將所述粉碎物料經(jīng)過整形設(shè)備，在轉(zhuǎn)速為30r/min的條件下去除過多的細(xì)粉及顆粒的棱角，對顆粒表面形貌整形、修飾，得修飾物料；

38.(3)造粒：將所述修飾物料、瀝青按照100:3混合均勻，加入至立式釜，在500℃條件下造粒6h，得粒徑d50為15μm的造粒物料；

39.(4)石墨化：將所述造粒物料在艾奇遜爐中以3000℃條件下進(jìn)行高溫石墨化處理10d，得石墨化材料；

40.(5)碳包覆：將所述石墨化材料、瀝青按100:2混合均勻，經(jīng)過輥道窯于1000℃條件下高溫碳化處理10h，即得所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料。

41.實施例2

42.本實施例提供一種快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料的制備方法，包括如下步驟：

43.(1)磨粉處理：將針狀焦經(jīng)過機(jī)械磨磨粉，得粒徑d50為15μm的粉碎物料；

44.(2)表面處理：將所述粉碎物料經(jīng)過整形設(shè)備，在轉(zhuǎn)速為50r/min的條件下去除過多的細(xì)粉及顆粒的棱角，對顆粒表面形貌整形、修飾，得修飾物料；

45.(3)造粒：將所述修飾物料、煤焦油按照100:10混合均勻，加入至臥式釜，在600℃條件下造粒7h，得粒徑d50為30μm的造粒物料；

46.(4)石墨化：將所述造粒物料在廂式爐中以2500℃條件下進(jìn)行高溫石墨化處理7d，得石墨化材料；

47.(5)碳包覆：將所述石墨化材料、樹脂按100:3混合均勻，經(jīng)過推板窯于800℃條件下高溫碳化處理15h，即得所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料。

48.實施例3

49.本實施例提供一種快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料的制備方法，包括如下步驟：

50.(1)磨粉處理：將煅后焦經(jīng)過機(jī)械磨磨粉，得粒徑d50為7μm的粉碎物料；

51.(2)表面處理：將所述粉碎物料經(jīng)過整形設(shè)備，在轉(zhuǎn)速為40r/min的條件下去除過多的細(xì)粉及顆粒的棱角，對顆粒表面形貌整形、修飾，得修飾物料；

52.(3)造粒：將所述修飾物料、樹脂按照100:18混合均勻，加入至臥式釜，在450℃條件下造粒8h，得粒徑d50為22μm的造粒物料；

53.(4)石墨化：將所述造粒物料在廂式爐中以3000℃條件下進(jìn)行高溫石墨化處理10d，得石墨化材料；

54.(5)碳包覆：將所述石墨化材料、瀝青按100:4混合均勻，經(jīng)過回轉(zhuǎn)窯于1200℃條件下高溫碳化處理12h，即得所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料。

55.對所述實施例1～3制備所得的快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料進(jìn)行電化學(xué)性能檢測，結(jié)果如表1所示。

56.表1 檢測結(jié)果

[0057][0058]

由表1數(shù)據(jù)可以看出，石墨容量＞355mah/g，極片壓實＞1.65g/cc，3c倍率充電≥90％，快充、高壓實、高容量性能優(yōu)異。

[0059]

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。技術(shù)特征：

1.一種快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)磨粉處理：將石墨化原料經(jīng)過機(jī)械磨進(jìn)行粉碎，得粉碎物料；(2)表面處理：將所述粉碎物料經(jīng)過整形設(shè)備，進(jìn)行表面整形、修飾，得修飾物料；(3)造粒：將所述修飾物料、粘結(jié)劑混合均勻，通過反應(yīng)釜進(jìn)行造粒，得造粒物料；(4)石墨化：將所述造粒物料在石墨化爐中進(jìn)行高溫石墨化處理，得石墨化材料；(5)碳包覆：將所述石墨化材料、包覆劑混合均勻，經(jīng)過碳化爐高溫碳化處理，即得所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述石墨化原料為針狀焦、石油焦或煅后焦中的一種；所述粉碎物料d50為5～15μm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述整形設(shè)備轉(zhuǎn)速為30～50r/min。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述粘結(jié)劑為瀝青、樹脂或煤焦油中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述造粒物料d50為15～30μm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述高溫石墨化處理的溫度為2500～3000℃。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，步驟(5)中，所述碳化溫度為800～1200℃。8.權(quán)利要求1～7任一所述方法制備得到的快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料，其特征在于，呈二次顆粒狀，具有核殼結(jié)構(gòu)；其中核層材料為人造石墨，殼層材料為無定形碳。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及一種快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料及其制備方法。所述制備方法包括：原材料粉碎處理、原材料表面處理、造粒、石墨化和碳包覆。所述快充高壓實高容量人造石墨負(fù)極材料，通過選擇易石墨化焦作為原料保障材料的高容量特性，再通過對原材料表面處理，改善顆粒的表面形貌，優(yōu)化顆粒粒度分布，進(jìn)而提升材料的壓實密度。通過造粒，縮短鋰離子的傳遞路徑和增加鋰離子的傳遞通道、表面碳包覆在石墨表面形成一層無定型炭，增加石墨表面層間距，降低鋰離子在石墨表面的傳遞阻力，從而增加快充性能。充性能。充性能。

技術(shù)研發(fā)人員：魏智偉 許曉落 吳浩 贠曉亮

受保護(hù)的技術(shù)使用者：山西尚太鋰電科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.08.23

技術(shù)公布日：2021/11/28