[發明專利]一種具有梯度結構的人造石墨負極材料及其制備和應用

有效

• 申請號: 201811205550.1
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109585803B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發明（設計）人: 周昊宸
• 申請（專利權）人: 湖南宸宇富基新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 盛武生;魏娟

1.一種具有梯度結構的人造石墨負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟(1)：活化造孔：

將無煙煤與活化劑混合，在惰性氣氛、700-900℃下熱處理，隨后經洗滌、干燥，得到活化后無煙煤；活化劑選自氫氧化鉀、氫氧化鈉、氯化鋅、碳酸鉀、磷酸中的至少一種；

步驟(2)：預處理：

將活化后無煙煤浸入包含催化劑的溶液中，在密閉容器中抽真空處理，隨后經干燥處理，將催化劑擔載至活化后無煙煤的孔隙中；得到擔載有催化劑的無煙煤；所述的催化劑包括不溶于水的催化劑A和/或易溶于水的催化劑B；

催化劑A選自M金屬的單質、氧化物或碳酸鹽中的至少一種；所述的M金屬元素為鐵、釩、鈦、金、銀、鋰、鎂、鋇中的至少一種；所述的催化劑B為溶于水的金屬鹽和/或非金屬鹽；其中，催化劑B選自氧化硼、可溶性的鐵、鈷、鎳的乙酸鹽、硝酸鹽、氯化鹽中的至少一種；

步驟(3)：包碳以及電煅：

將擔載有催化劑的無煙煤與無定型碳源混合；將混合料先在1000-2000℃下進行一段電煅，隨后再在2000-2600℃下進行二段電煅，得到所述的人造石墨負極材料；所述無定型碳源為瀝青與樹脂中的至少一種；所述瀝青選自煤焦瀝青、石油瀝青中的至少一種；所述樹脂選自酚醛樹脂、聚酯樹脂、聚酰胺樹脂、環氧樹脂中的至少一種；擔載有催化劑的無煙煤與無定型碳源的質量比為20:1-1:1；

制得的具有梯度結構的人造石墨負極材料具有核/殼結構的碳材料，碳材料的石墨化度、孔徑呈徑向梯度分布；且從核到殼，石墨化程度逐漸降低，孔徑逐漸減少。

2.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，無煙煤固定碳大于85%，灰分小于5%，揮發分小于10%，全硫小于0.5%，灰熔融軟化溫度1100-1400℃。

3.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，無煙煤與活化劑的質量比1:2-1:5。

4.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，活化后無煙煤的比表面積為100-2000m²/g，平均孔徑0.5-100納米，孔徑范圍1納米-10微米。

5.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，催化劑A的粒度為0.1-100納米。

6.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的包含催化劑的溶液為包含所述的催化劑的水溶液；其中，催化劑的質量濃度為1-30%。

7.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述的包含催化劑的溶液為包含所述的催化劑的水溶液；其中，催化劑的質量濃度為1-20%。

8.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，催化劑占活化后無煙煤的質量比例為0.1-10%。

9.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述無定型碳源為瀝青與樹脂的混合物；瀝青與樹脂的質量比例為2:1-1:10。

10.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，兩段式電煅的升溫制度為：以1-10℃/min的升溫速率升至1000-2000℃，保溫1-5小時后，再以1-5℃/min的升溫速率升至2000-2600℃電煅，二段電煅時間根據電煅設備而定，時間為2-100小時。

11.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，制得的具有梯度結構的人造石墨負極材料，其碳核具有多孔結構，其比表面積為10-1000 m²/g、平均孔徑0.5納米-1微米、石墨化度為85-99%。

12.如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，制得的具有梯度結構的人造石墨負極材料的粒度D50在10-30微米。

13.一種權利要求1~12任一項制備方法制得的具有梯度結構的人造石墨負極材料的應用，其特征在于，用作鋰離子電池的負極活性材料。