[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

本發明屬于鋰離子電池負極材料技術領域，具體公開了一種具有梯度結構的人造石墨負極材料，為具有核/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。本發明還提供了一種所述的具有梯度結構的人造石墨負極材料，通過對無煙煤進行造孔、擔載催化劑、二段電鍛處理，可以制得具有石墨化、孔徑雙梯度結構的負極材料；具有本發明的梯度結構的材料，兼具高可逆容量、高倍率性能、長循環壽命等優勢。

技術領域：

本發明涉及生產鋰離子電池負極材料的技術領域，尤其涉及一種采用兩段式電煅法生產具有梯度結構的人造石墨負極材料的方法

背景技術：

隨著電動汽車的快速發展，作為核心動力電源的鋰離子電池備受關注，對于兼具高比能量、高比功率、長壽命、低成本鋰離子電池的需求日益增長。人造石墨由于具有比容量高、放電平臺低、循環壽命長等，長期以來被用作商品化鋰離子電池的負極材料。然而，隨著市場形勢的變化，人造石墨負極目前正面臨著兩大問題，一方面，新技術的發展對電池核心材料的要求越來越高，為滿足電動汽車的需求，負極材料應具有更好的倍率特性和更長的循環壽命；另一方面，人造石墨原料針狀焦的價格一路走高給動力電池廠商帶來了巨大的壓力。因此，迫切需要開發性能更高而價格更低的新產品以適應科技發展和市場經濟的需求。

與常見的人造石墨原料如針狀焦、石油焦相比，無煙煤具有儲量大、價格便宜等優勢，近年來引起了人們的廣泛關注。無煙煤屬多環芳烴，碳含量高，碳原子層面具有很好的擇優取向性和致密的結構，在高溫下可轉變為石墨。然而，無煙煤也存在揮發分、灰分與硫分相對較高等問題，現有技術中，以無煙煤為原料制備人造石墨負極材料通常涉及濕法除雜、煅燒除揮發分、高溫石墨化等工序，

專利CN105236393公開了一種無煙煤礦經球磨、除雜、分散、包覆、高溫熱處理后，得到由石墨納米晶顆粒粘結成的球形多孔人造石墨負極材料。專利CN102522561公開了一種以無煙煤為原料的負極材料制備方法，首先將無煙煤進行2800℃以上溫度的石墨化處理后，再通過液相包覆和炭化處理在石墨化無煙煤表面進行無定形炭包覆，獲得了一種具有核殼結構的負極材料。現有技術普遍存在工藝流程長，能耗高的問題，給環保和節能方面的要求帶來極大挑戰。此外，現有技術難以實現材料內部組織結構調控，例如，尚缺乏對于材料的孔徑分布、石墨化程度等特性的有效調控，從而限制了材料電化學性能的進一步提高。

發明內容：

本發明第一目的在于，提供一種具有特殊梯度結構的負極材料，旨在提升負極材料的電學性能。

本發明第二目的在于，提供一種所述的具有梯度結構的人造石墨負極材料的制備方法。

本發明第三目的在于，提供所述的具有梯度結構的人造石墨負極材料在鋰離子電池中的應用方法。

一種具有梯度結構的人造石墨負極材料，為具有核/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。

本發明所述的人造石墨負極材料，可以理解為一種具有特殊梯度結構的核-殼結構的碳材料，其和現有常規的核-殼結構的主要區別在于：核具有多孔、高石墨化特性，且石墨化程度以及孔徑由核至殼，梯度降低。本發明人研究發現，具有本發明的梯度結構的材料，兼具高可逆容量、高倍率性能、長循環壽命等優勢。

作為優選，碳核具有多孔結構，其比表面積為10-1000m²/g；優選為100～300m²/g；平均孔徑0.5納米-1微米，優選為4納米-8納米；石墨化度為85-99。

優選地，碳殼的石墨化度不高于60。

優選地，所述的人造石墨負極材料的粒度D50在10-30微米。