[發(fā)明專利]改性石墨材料及其制備方法和應用、鋰離子電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011451864.7
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112694086A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發(fā)明（設計）人: 吳政操;吳仙斌;苗榮榮;吳志紅
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波杉杉新材料科技有限公司
• 主分類號: C01B32/20
• 分類號: C01B32/20;C01B32/205;C01B32/21;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 上海弼興律師事務所 31283
• 代理人: 王衛(wèi)彬;鄒玲

本發(fā)明公開了一種改性石墨材料及其制備方法和應用、鋰離子電池。該改性石墨材料的制備方法包括以下步驟：S1、制備石墨顆粒：將石墨原料依次進行熱處理和石墨化，得石墨顆粒；S2、一次包覆：將所述石墨顆粒和油性石墨烯漿料融合，進行第一碳化，得一次包覆石墨顆粒；S3、二次包覆：將所述一次包覆石墨顆粒和聚乙烯吡咯烷酮水溶液融合，進行第二碳化，得所述改性石墨材料。采用本發(fā)明的改性石墨材料制得的鋰離子電池的放電容量高，倍率性能和阻抗性能優(yōu)異。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種改性石墨材料及其制備方法和應用、鋰離子電池。

背景技術(shù)

隨著能源的枯竭和環(huán)境的日益惡化，尋求可替代的清潔能源越來越重要。鋰離子電池作為新一代的儲能材料，具有重量輕、壽命長、比能量密度高、無污染、無記憶效應等優(yōu)點，被廣泛應用于手機、電腦、數(shù)碼相機等電子設備中。鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、隔膜、電解質(zhì)組成，負極材料的性能決定電池性能。人造石墨作為負極材料中最為廣泛的材料，具有儲量豐富，價格低廉，電化學性能穩(wěn)定，實際能量密度接近理論能量密度等優(yōu)點。一般來說，石墨化品的人造石墨材料存在倍率性能、阻抗性能較差的缺陷，應用前景有限，通常采用無定型碳的包覆來達到改善倍率的目的。目前常規(guī)的人造石墨材料采用的包覆多為一次包覆，其容量也會較石墨化品略有降低。因此，制備更高容量并且具有較好的倍率性能的產(chǎn)品有著很大的應用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的人造石墨材料用于鋰離子電池時容量低、倍率性能差、阻抗性能差的缺陷，從而提供了一種改性石墨材料及其制備方法和應用、鋰離子電池。采用本發(fā)明的改性石墨材料制得的鋰離子電池的放電容量高，倍率性能和阻抗性能優(yōu)異。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供一種改性石墨材料的制備方法，其包括以下步驟：

S1、制備石墨顆粒：將石墨原料依次進行熱處理和石墨化，得石墨顆粒；

S2、一次包覆：將所述石墨顆粒和油性石墨烯漿料融合，進行第一碳化，得一次包覆石墨顆粒；

S3、二次包覆：將所述一次包覆石墨顆粒和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液融合，進行第二碳化，得所述改性石墨材料。

本發(fā)明中，步驟S1中，所述石墨原料可為本領域常規(guī)的可石墨化的碳材料，優(yōu)選為石油焦。

本發(fā)明中，步驟S1中，所述石墨原料的粒徑D50較佳地為8～12μm，例如10μm。所述石墨原料的粒徑一般通過粉碎得到，所述粉碎可采用本領域常規(guī)的方式和設備進行。所述粉碎的設備較佳地為輥壓磨。

本發(fā)明中，步驟S1中，所述熱處理的溫度可為550℃～650℃。所述熱處理的時間可為8～22h。較佳地，所述熱處理的溫度為630℃，所述熱處理的時間為8h。

所述熱處理較佳地在保護氣氛下進行。所述保護氣氛可為惰性氣氛或氮氣氣氛。

所述熱處理可采用本領域常規(guī)的設備進行，較佳地為臥式包覆釜。所述熱處理的目的是去除石墨原料中的揮發(fā)分，并實現(xiàn)表面修飾。所述表面修飾指的是通過熱處理，使經(jīng)過粉碎的石墨原料的表面“圓潤化”，減少尖的形貌特征，使其形貌更好。

本發(fā)明中，步驟S1中，所述石墨化可采用本領域常規(guī)的設備進行，較佳地為艾奇遜石墨化爐。

所述石墨化的溫度可為2800～3200℃。所述石墨化的時間可為20～60h。較佳地，所述石墨化的溫度為3000℃，石墨化的時間為30h。

本發(fā)明中，步驟S2中，所述油性石墨烯漿料可為本領域常規(guī)的市售產(chǎn)品，例如購自寧波杉元石墨烯科技有限公司的油性石墨烯漿料。

所述油性石墨烯漿料較佳地滿足以下技術(shù)參數(shù)：水分≤1％，石墨烯粒徑D50＝7～14μm，粘度≤3500mPaS，鐵≤10PPm，鈷≤5PPm，鎳≤5PPm。