[發明專利]石墨負極材料及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 202110648444.6
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN115472828A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 潘廣宏;蘇志江;梁文斌;陳全彬;衛昶
• 申請（專利權）人: 國家能源投資集團有限責任公司;北京低碳清潔能源研究院
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉依云;趙澤麗

本發明涉及碳材料領域，公開了一種石墨負極材料及其制備方法與應用。該石墨負極材料具有以下特征：(1)所述石墨負極材料的總孔體積≤0.02cm³/g，孔徑≤2nm的微孔的孔體積≥0.00001cm³/g，孔徑為2?50nm的介孔的孔體積為0.0001?0.02cm³/g；(2)所述石墨負極材料中，微孔的比表面積與介孔的比表面積之比為0.01?100：1；(3)所述石墨負極材料的比表面積≤5m²/g。(4)所述石墨負極材料的熱擴散系數≥0.2mm²·s^?1。該石墨負極材料具有高的熱擴散系數，并且包含該石墨負極材料的電池具有高的充放電容量、首次庫倫效率以及優異的倍率性能，并且制備方法工藝簡單、成本低。

技術領域

本發明涉及碳材料領域，具體涉及一種石墨負極材料及其制備方法與應用。

背景技術

鋰離子電池負極主要是碳材料，包括無定形碳、天然石墨和人造石墨。石墨具有規則層狀結構和優異導電性，其理論比容量為372mA·h/g，效率高，是目前主流的負極材料。目前開發人造石墨的原料主要有三類，同性焦，瀝青膠和針狀焦。同性焦基人造石墨結晶度度低，各向同性度高，容量低，功率性高。針狀焦基人造石墨容量高，倍率相對差些，瀝青膠一般居于二者之間。

CN104681786A公開了一種煤基負極材料、制備方法及鋰離子電池。所述煤基負極材料是由煤基材料石墨化內層、中間層及分布于表面的外層組成。其制備方法包括：將煤基材料經過粉碎處理；再加入粘結劑，或粘結劑和改性劑混合；然后進行壓型、高溫石墨化，制成成品。

CN111232970A公開了一種石墨負極材料、鋰離子電池、制備方法和應用。所述的制備方法包括以下步驟：將中間相碳微球生球、無煙煤粉與催化劑的混合物進行石墨化高溫處理，即可；其中，所述的中間相碳微球生球與所述的無煙煤粉的質量比為1:9-8:1；所述無煙煤粉的粒徑D₅₀為10-20μm。CN111628146A公開了一種瀝青填充微晶石墨制備鋰離子電池負極材料的工藝，以微晶石墨為原料，加入中低溫煤焦油進行混捏處理，得到改性微晶石墨；再將改性微晶石墨轉入反應釜中，加入液態中溫瀝青進行混合，升溫至350-500℃，抽真空后靜置1-3h，然后充入惰性氣體，加壓靜置2-5h，泄壓后得到瀝青填充型微晶石墨；然后將瀝青填充型微晶石墨進行軋片、制粉、碳化、篩分、除磁，得到目標產品。

上述現有技術提供的負極材料的結構和工藝復雜、成本高，并且制得的負極材料雖然能夠提高電池的充放電容量以及首次庫倫效率，但是上述負極材料的熱傳導能力較低，導致電池的使用壽命以及安全性無法滿足實際需求。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術存在的負極材料的結構復雜、熱傳導性能差且制備工藝復雜、成本高的問題，提供一種石墨負極材料及其制備方法與應用，該石墨負極材料具有高的熱擴散系數，并且包含該石墨負極材料的電池具有高的充放電容量、首次庫倫效率以及優異的倍率性能，并且制備方法工藝簡單、成本低。

為了實現上述目的，本發明一方面提供一種石墨負極材料，其特征在于，所述石墨負極材料具有以下特征：

(1)所述石墨負極材料的總孔體積≤0.02cm³/g，孔徑≤2nm的微孔體積≥0.00001cm³/g，孔徑為2-50nm的介孔體積為0.0001-0.02cm³/g；

(2)所述石墨負極材料中，微孔的比表面積與介孔的比表面積之比為0.01-100：1；

(3)所述石墨負極材料的比表面積≤5m²/g；

(4)所述石墨負極材料的粉末熱擴散系數≥0.2mm²·s^-1。

本發明第二方面提供一種石墨負極材料的制備方法，其中，所述方法包括以下步驟：