[發明專利]一種用于包覆硅的多孔塊狀石墨材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811617287.7
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109686955A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 徐軍紅;萬艷玲;陳玉;常繼斌;陳和平
• 申請（專利權）人: 洛陽月星新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M10/0525;B82Y30/00
• 代理公司: 洛陽市凱旋專利事務所 41112
• 代理人: 陸君

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體公開了一種用于包覆硅的多孔塊狀石墨材料及其制備方法，本發明中制備方法以塊狀石墨為原料，經轉動包覆、炭化、活化擴孔制備獲得一種用于包覆硅的多孔塊狀石墨材料，該方法流程簡單、處理工藝成熟；本發明中用于包覆硅的多孔塊狀石墨材料，打破石墨理論克容量372mAh/g的限制，可以很好地搭配硅材料使用，緩解硅在嵌脫鋰過程中的體積膨脹，改善硅碳復合材料的循環穩定性等，在保證硅碳復合材料高容量優勢的同時可降低硅的添加量，從而降低硅碳復合材料的成本，本發明擴寬了塊狀石墨的用途，擴大了鋰離子電池負極材料來源空間，為市場提供了適合與硅材料復合的石墨材料，對環境友好、成本低，適合工業化生產。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種用于包覆硅的多孔塊狀石墨材料及其制備方法。

背景技術

《促進汽車動力電池發展行動方案(2017)》明確要求，到2020年，新型鋰離子動力電池的單體比能量超過300Wh/kg；到2025年，新體系動力電池技術取得突破性進展，單體比能量達500瓦時/kg，為實現發展目標，促進動力電池的快速發展，開發高能量密度、循環性能優異、安全性能好的負極材料成為當務之急。

石墨負極材料的理論容量為372mAh/g，目前商業化的高端石墨克容量普遍在350-370mAh/g，難以滿足動力電池高能量密度等需求；硅以其4200mAh/g的理論容量吸引了研究工作者的廣泛關注，近年來其開發力度也逐漸加大，但硅的體積效應問題仍是限制其發展的關鍵因素，此外，硅的成本也在一定程度上限制其應用。

目前采用納米硅與石墨復合來緩解硅膨脹成為最廣泛應用的方法，但硅材料在充放電過程中硅的巨大體積效應仍不同程度地導致硅材料周圍的石墨層或碳層發生破裂，復合材料結構出現局部坍塌，循環穩定性下降，因此，研究適合包覆硅的石墨材料成為硅碳復合負極材料的研究重點。

發明內容

本發明公開一種用于包覆硅的多孔塊狀石墨材料制備方法，該方法流程簡單、處理工藝成熟。

本發明還公開一種用于包覆硅的多孔塊狀石墨材料，該材料緩解硅在嵌脫鋰過程中的體積膨脹，改善硅碳復合材料的循環穩定性，保證硅碳復合材料高容量優勢的同時降低硅的添加量，降低硅碳復合材料的成本。

為了實現上述發明目的，本發明采用現實技術方案：

一種用于包覆硅的多孔塊狀石墨材料制備方法，其特征在于，包括下述步驟：

1)、包覆炭化：將石墨顆粒和高溫瀝青置于滾動融合包覆機中轉動混合，氮氣保護下，加熱至100-300℃進行轉動包覆，繼續升溫至600-700℃進行轉動炭化，得到炭化料，其中石墨與高溫瀝青的質量比為1:0.03～1:0.07；

2)、活化擴孔：將步驟1)中得到炭化料在氮氣保護下升溫至700-900℃，切斷氮氣，通入活化擴充氣體，活化擴孔后，切斷活化擴孔氣體，在氮氣保護下隨爐冷卻至室溫，進行過篩、除磁處理，得到用于包覆硅的多孔塊狀石墨材料。

步驟1)中石墨顆粒為塊狀石墨顆粒，其純度為99.90％-99.95％，D50為12.0-20.0μm，比表面積為70-90m²/g，塊狀石墨，即致密結晶狀石墨，品位高，因地質成因區別于天然鱗片石墨，內部孔隙大，具有天然蜂窩狀孔洞結構，其表面和內部存在大量微孔，這些微孔增大了高溫瀝青與塊狀石墨的接觸面積，有助于結合層強度的提高。

步驟1)中高溫瀝青的D50為1-3μm。

步驟1)中轉動融合時，滾動融合包覆機的轉速為500-1000轉/min，轉動混合時間為10-30min。

步驟1)中包覆階段采用轉動包覆，塊狀石墨和高溫瀝青處于流動狀態，高溫瀝青顆粒可以均勻地與塊狀石墨結合，轉動包覆時，滾動融合包覆機的轉速為50-100轉/min，轉動包覆時間為1-3小時。