[發明專利]一種快充石墨負極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310230103.6
• 申請日: 2023-03-10
• 公開（公告）號: CN116161656A
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 周浩;邵小龍;楊軍輝;李璐璐
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技股份有限公司
• 主分類號: C01B32/205
• 分類號: C01B32/205;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 徐浩

本發明提供一種快充石墨負極材料及其制備方法和應用，所述制備方法包括以下步驟：(1)將改制瀝青碳化，得到碳化產物；(2)對所述碳化產物進行熱包，得到半成品；(3)將所述半成品進行石墨化處理，得到所述快充石墨負極材料。本發明直接使用改制瀝青作為原材料，依次進行碳化、熱包和石墨化處理，從而制備得到循環性能優異的快充石墨負極材料；所述制備方法不僅通過碳化工序提高了材料的結構強度，還通過熱包工序改善了材料的表面形貌，提升了其倍率性能。此方法工藝簡單，既節約了成本，又提高了收率，且原料易得，具有良好的發展前景。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料領域，具體涉及一種快充石墨負極材料及其制備方法和應用。

背景技術

石墨材料作為鋰離子電池負極材料，其成本低，環境友好，充放電電壓低，穩定性好，已成為目前商業化程度最高的負極材料。但石墨材料的片層層間距較小，無法滿足大倍率電流的充電需求，且容易出現析鋰現象，嚴重影響鋰離子電池的快充性能。

快充性能的提升一般基于材料結構設計、包覆層優化、改善鋰離子嵌入脫出通道，從而降低內阻、減少極化，實現優異的動力學性能。但是在快充石墨的改善方面，一方面，材料本體的晶粒要小，孔隙率較大以增大鋰離子的通道，利于鋰離子在材料中的快速嵌入；另一方面材料的電導率要高，有利于鋰離子脫出速率快。

現有使用針狀焦制造快充類石墨的方法是以石油焦、針狀焦、中間相碳微球中的一種或者幾種作為骨料加工，經過粉碎、分級、整形、石墨化、二次造粒、篩分、整形、分級、篩分除磁得到成品；其工藝比較復雜，需要通過對骨料先進行預處理(粉碎、分級)，再進行石墨化，這時因為原材料是針焦/石油焦的關系，石墨化的溫度需要達到2400-3000℃，加工后再進行篩分，再到二次造粒工序，把單顆粒石墨化骨料粘接成二次顆粒，此步驟需要加入1.5-3.5％的高溫瀝青，并且二次造粒后，會有部分顆粒成大團狀態(即篩上物)，此篩上物只能通過粉碎整形作為B品(也稱不良品)處理出售，并且不具備快充能力，二次造粒工序的整理收率在65-80％之間。篩下物二次造粒完成后，再通過整形、分級、篩分。

例如，CN109748587B公開了一種高容量快充石墨負極材料的制備方法，采用易石墨化焦/高結晶度石墨與難石墨化焦/硬碳進行二次顆粒化處理，再混合瀝青進行復合反應，復合之后進行破碎，然后進行石墨化，石墨化之后再進行改性、碳化處理。CN115566153A提供了一種快充型石墨負極材料及其制備方法和應用。所述制備方法包括如下步驟：(1)將基底材料進行改性處理，得到包覆劑材料；(2)將步驟(1)得到的包覆劑材料和石墨進行熱處理，得到所述快充型石墨負極材料。CN115448305A本發明揭示一種石墨基體及其制備方法和快充石墨及其制備方法，涉及鋰電池技術領域。該石墨基體包括一級前驅體、二級前驅體和粘結層，粘結層包裹住一級前驅體，二級前驅體粘附于粘結層上；一級前驅體的粒徑大于二級前驅體的粒徑。該石墨基體的制備方法將磨碎的碳素材料進行初步篩分，對粒徑較大的一級前驅體加工后進行一次造粒，以降低其Y方向的膨脹；然后將一級顆粒與二級前驅體混合并進行二次造粒，以增加石墨顆粒嵌鋰端面，提高嵌鋰速度；再將石墨基體石墨化，最后通過表面包覆，提升嵌鋰路徑及倍率性能。

以上使用針狀焦或者石油焦制作的快充石墨可以在一定程度上改善快充石墨的性能，但成本較高，并且二次造粒工序會造成大量的不良品，導致收率過低，并且在快充領域中，還是無法完全滿足電動汽車對快充性能的要求。

因此，亟需開發一種快充性能理想，收率高且循環性能佳、制備工藝簡單的鋰離子電池石墨負極材料。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種快充石墨負極材料及其制備方法和應用。本發明直接使用改制瀝青作為原材料，依次進行碳化、熱包和石墨化處理，從而制備得到循環性能優異的快充石墨負極材料；所述制備方法不僅通過碳化工序提高了材料的結構強度，還通過熱包工序改善了材料的表面形貌，提升了其倍率性能。此方法工藝簡單，節約了成本，提高了收率，且原料易得，具有良好的發展前景。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：