一种石墨材料及其制备方法、负极片和二次电池技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种石墨材料及其制备方法和负极片，包括以下步骤：步骤S1、将碳素材料破碎、研磨得到石墨前驱体；步骤S2、将石墨前驱体与沥青混合，机械融合得到第一石墨处理物；步骤S3、将第一石墨处理物加热石墨化得到第二石墨处理物；步骤S4、将第二石墨处理物置于插层剂中，水浴加热得到第三石墨处理物；步骤S5、将第三石墨处理物与碳源混合在惰性气氛下加热包覆得到石墨材料。本发明专利技术的一种石墨材料的制备方法，操作简单，可批量生产，可控性好，制备出的石墨材料兼具高容量和高压实密度。高容量和高压实密度。高容量和高压实密度。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨材料及其制备方法、负极片和二次电池


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种石墨材料及其制备方法、负极片和二次电池。

技术介绍

[0002]随着世界经济的快速发展，能源短缺、环境污染等问题已然成为各国可持续发展道路上所必须面临的严峻挑战。绿色清洁能源逐渐成为大家的关注热点，其中锂离子电池以其较高的能量密度、工作电压和较快的充电速度，安全无污染等特点普遍应用于数码产品、电动汽车、军工产品等，锂电池的发展如火如荼，对于电池的充电速率要求也越来越高，但不能兼具高容量高压实密度且具有快充能力的石墨材料，故亟需一种解决上述问题的方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种石墨材料的制备方法，操作简单，可批量生产，可控性好
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]一种石墨材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤S1、将碳素材料破碎、研磨得到石墨前驱体；
[0007]步骤S2、将石墨前驱体与沥青混合，机械融合得到第一石墨处理物；
[0008]步骤S3、将第一石墨处理物加热石墨化得到第二石墨处理物；
[0009]步骤S4、将第二石墨处理物置于插层剂中，水浴加热得到第三石墨处理物；
[0010]步骤S5、将第三石墨处理物与碳源混合在惰性气氛下加热包覆得到石墨材料。
[0011]本专利技术将碳素材料进行破碎、研磨得到具有一定的颗粒粒径，形状近似球型的石墨前驱体，有助于增加石墨的压实密度；将石墨前驱体与沥青混合石墨化，由于沥青本质也是炭，沥青高温熔化后粘结住石墨前驱体颗粒，在石墨之间形成炭桥骨架，起到粘结作用，提高石墨造粒结构的稳定性；将第二石墨处理物置于插层剂中，插层剂能够在石墨中引入缺陷结构，提升石墨容量，使插层处理后的材料具有高嵌锂容量，高电解液浸润性等优良性能；将第三石墨处理物与碳源混合，使碳源在表面包覆，从而提高石墨材料的倍率性能，进而制得一种兼具高容量高压实密度的石墨材料。其中，研磨使用球磨整形处理。碳源为树脂类材料，碳源可以为松香、α
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萜烯树脂、β
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萜烯树脂、酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂中的至少一种。
[0012]优选地，所述碳素材料包括针状焦、石油焦、沥青、天然石墨中的一种或几种混合物。针状焦具有耐热冲击性能强、机械强度高、氧化性能好、电极消耗低及允许的电流密度大等优点。其中，步骤S1中石墨前驱体的颗粒粒径D50为4
‑
6μm。控制一定颗粒粒径的石墨前驱体，有助于提高石墨的压实密度。
[0013]优选地，所述步骤S2中机械融合的转速为500
‑
1500rpm/min，融合时间为10
‑
30min。转速为500rpm/min、600rpm/min、700rpm/min、800rpm/min、900rpm/min、1000rpm/min、1100rpm/min、1200rpm/min、1300rpm/min、1400rpm/min、1500rpm/min，融合时间为10min、15min、20min、25min、30min。
[0014]优选地，所述步骤S3中石墨化温度为2400
‑
2800℃，加热时间为24
‑
60小时。石墨化温度为2400℃、2500℃、2600℃、2700℃、2800℃。加热时间为24小时、28小时、30小时、35小时、40小时、45小时、50小时、60小时。
[0015]优选地，所述步骤S4中水浴加热温度为50
‑
150℃，加热时间为60
‑
120min。水浴加热温度为50℃、60℃、70℃、800℃、900℃、100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃。
[0016]优选地，所述步骤S4中插层剂为醋酸、高氯酸、浓硫酸、浓硝酸中的一种或几种的混合物。
[0017]优选地，所述步骤S5中加热包覆温度为250
‑
300℃，包覆时间为1～2小时。加热包覆温度为250℃、260℃、270℃、280℃、290℃、300℃。包覆时间为1小时、1.4小时、1.6小时、2小时。
[0018]本专利技术的目的之二在于：针对现有技术的不足，而提供一种石墨材料，兼具高容量和高压实密度的优点，而且能够实现高倍率快速充电，不析锂。
[0019]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0020]一种石墨材料，由上述石墨材料的制备方法制得。
[0021]本专利技术的目的之三在于：针对现有技术的不足，而提供一种负极片，具有高容量和高压实密度的优选，而且能够实现高倍率快速充电，不析锂。
[0022]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0023]一种负极片，包括上述的石墨材料。具体地，一种负极片包括负极集流体和涂覆于负极集流体表面的石墨材料。优选地，负极集流体为铜箔。
[0024]本专利技术的目的之四在于：针对现有技术的不足，而提供一种二次电池，具有高容量和高压实密度的优选，而且能够实现高倍率快速充电，不析锂。
[0025]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0026]一种二次电池，包括上述的负极片。
[0027]相对于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的一种石墨材料的制备方法，操作简单，可批量生产，可控性好。将碳素材料进行破碎研磨，有利于提高石墨的压实密度；将石墨前驱体与沥青混合高温石墨化，形成炭桥骨架，提高石墨的粘合度以及牢固程度，从而提升容量以及压实密度；将第二石墨处理物进行插层处理，增加石墨内部的层结构，进一步提高石墨的容量；将第三石墨处理物与碳源进行包覆，提高石墨的倍率性能，从而制得石墨材料。
附图说明
[0028]图1是本专利技术的石墨材料的SEM图。
[0029]图2是本专利技术的实施例1制备出的石墨材料1000次充放电循环后的循环曲线图。
[0030]图3是本专利技术的实施例1制备出的石墨材料1000次充放电循环后的膨胀曲线图
具体实施方式
[0031]下面结合具体实施方式和说明书附图，对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式并不限于此。
[0032]实施例1
[0033]一种石墨材料的制备方法，包括以下步骤：
[0034]步骤1，将针状焦经过粗碎、精磨，再用球磨机进行球磨整形处理，得到石墨前驱体，D50为4μm；
[0035]步骤2，将石墨前驱体、石油沥青按照按重量份数比为20:35加入机械融合机中以1000rpm/min转速处理30min得到第一石墨处理物，其中，石油沥青的软化点为110℃；
[0036]步骤3，将步骤2制得的第一石墨处理物置于石墨化炉，以2500℃，处理40小时得到第二石墨处理物；
[0037]步骤4，将第二石墨处理物置于浓硫酸插层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、将碳素材料破碎、研磨得到石墨前驱体；步骤S2、将石墨前驱体与沥青混合，机械融合得到第一石墨处理物；步骤S3、将第一石墨处理物加热石墨化得到第二石墨处理物；步骤S4、将第二石墨处理物置于插层剂中，水浴加热得到第三石墨处理物；步骤S5、将第三石墨处理物与碳源混合在惰性气氛下加热包覆得到石墨材料。2.根据权利要求1所述的石墨材料的制备方法，其特征在于，所述碳素材料包括针状焦、石油焦、沥青、天然石墨中的一种或几种混合物，所述步骤S1中石墨前驱体的颗粒粒径D50为4
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6μm。3.根据权利要求1所述的石墨材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中机械融合的转速为500
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1500rpm/min，融合时间为10
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30min。4.根据权利要求1所述的石墨材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭雅芳，李富海，马斌，匡轶，吴声本，陈杰，杨山，
申请(专利权)人：惠州锂威新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：