[發明專利]人造石墨材料及其制備方法、鋰離子電池負極材料和鋰離子電池

有效

• 申請號: 202011304221.X
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN114516633B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 馮先杰;李子坤;黃家駿;王曉菲;楊書展;任建國;賀雪琴
• 申請（專利權）人: 貝特瑞新材料集團股份有限公司
• 主分類號: C01B32/205
• 分類號: C01B32/205;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 張麗

本發明提供一種人造石墨材料及其制備方法、鋰離子電池負極材料和鋰離子電池，該鋰離子電池負極材料的制備方法包括：將包括碳材料和光敏樹脂類添加劑在內的原料混合，得到混合料；在保護氣氛環境中，將所述混合料在激光作用下進行石墨化；所述光敏樹脂類添加劑包括有機硅樹脂。本發明在保護氣氛環境中，通過在激光和光敏樹脂類添加劑的相互作用下，急速誘導碳材料雜亂碳原子進行重新排列，形成規則有序的石墨晶體結構，得到石墨化程度均勻且高石墨化度及高比容量的人造石墨材料；另外，本發明的人造石墨材料的制備方法簡單，能源損耗低，極大縮短石墨化加工時間，能夠做到連續快速石墨化加工，且易于大規模工業化生產。

技術領域

本發明涉及電池材料技術領域，尤其涉及一種人造石墨材料及其制備方法、鋰離子電池負極材料和鋰離子電池。

背景技術

目前鋰離子電池所用負極材料主要包括：天然石墨和人造石墨負極材料。天然石墨是碳在極端的地理條件之下，經過若干萬年的地理活動形成的，具有結晶性好、石墨化度高、結構完整、比容量高的特點，但天然石墨存在與電解液的兼容性差、不可逆容量高及首效低的缺點。目前人造石墨負極材料主要是易石墨化碳通過艾奇遜爐、內串爐或箱體爐等經過高溫石墨化而成，存在石墨化過程中溫度難以超過3000℃、加工周期長、能耗高、物料石墨化程度不均勻、石墨化度偏低、石墨層間距大及比容量稍低的缺點。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種能夠降低能耗，提高石墨化度的人造石墨材料及其制備方法、鋰離子電池負極材料和鋰離子電池。

為實現以上目的，本發明提供技術方案如下：

一種人造石墨材料的制備方法，包括：

將包括碳材料和光敏樹脂類添加劑在內的原料混合，得到混合料；

在保護氣氛環境中，將所述混合料在激光作用下進行石墨化；

所述光敏樹脂類添加劑包括有機硅樹脂。

在保護氣氛環境中，通過在激光作用下，碳材料吸收激光光子能量，使得其電子能量的提高，隨后電子通過與晶格的弛豫過程把吸收的部分能量傳遞給相鄰碳原子層，使其溫度急劇升高，大量的能量在極短的時間內注入碳原子層，急速誘導碳材料雜亂碳原子進行重新排列；同時，光敏樹脂類添加劑在激光誘導作用下，其光敏活性交聯點及光敏基團可以快速吸收激光光子能量，產生較多活性自由基，并在激光作用下發生光聚合加成反應，形成一定的空間網狀結構，隨著對激光光子能量進一步吸收，之后逐步裂解得到樹脂基碳及氣態游離硅，隨后氣態游離硅的快速擴散可以在碳原子層發生硅碳反應，降低反應的活化能，加速石墨化進程，形成規則有序的石墨晶體結構，得到石墨化程度均勻且高石墨化度及高比容量的人造石墨材料。

在一些實施方式中，所述碳材料包括瀝青焦、石油焦和針狀焦中的一種或多種；

在一些實施方式中，所述光敏樹脂類添加劑還包括脲醛樹脂、聚醚丙烯酸酯、酚醛樹脂、密胺樹脂和聚氨酯丙烯酸酯中的一種或多種；

在一些實施方式中，所述碳材料和所述光敏樹脂類添加劑的粒度D50各自為6μm-20μm。

在一些實施方式中，所述碳材料和所述光敏樹脂類添加劑的質量比為1：(0.01-0.10)。

在一些實施方式中，所述保護氣氛包括氬氣、氦氣和氖氣中的一種或多種。

在一些實施方式中，所述石墨化的過程所處的環境中氧含量控制在100ppm以下。

在一些實施方式中，所述石墨化的過程中控制所述混合料的厚度為0.5cm-5.0cm。

在一些實施方式中，所述激光的功率為1KW-10KW，輸出效率為80％-100％；

在一些實施方式中，所述激光的掃描方式為線掃描或面掃描；