【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池材料，涉及一种改性石墨材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、目前新能源汽车，数码产品等的快速发展，对高安全性、快充等提出了更高的要求，因此也提出了多方面的优化策略。
2、现有技术文献：
3、cn106711417a公开了一种纳米二氧化钛包覆石墨负极材料的制备方法。其使用的液体原材料的总质量为石墨材料的数倍，其中乙醇溶剂的用量也为石墨的数倍，导致生产成本高，干燥的过程对产业化生产的能耗及安全不利，液态物料在干燥过程中，其固含量在不断提高，对产品的均匀性控制不利，从而影响材料的性能稳定性。
4、cn115440953a公开了一种锂电池天然石墨负极材料及其制备方法。其所述方法的该工艺路线复杂，需大量使用强酸试剂。需使用纳米氧化铝作为硬模板试剂与碳包覆相结合，然后通过酸洗去除硬模板获得空心包碳物料，接着使用酸插层对石墨进行微膨胀，最后浸入钛源，从而获碳包覆层中含有纳米二氧化钛的复合石墨材料。
5、cn115602845a公开了一种改性石墨烯负极材料及其制备方法、负极极片和电池。其所述方法利用非溶剂诱导相分离，适用于石墨烯等纳米碳材料与二氧化钛复合材料制备，但不适用于常规微米及石墨粉体负极材料的复合改性。
6、本专利技术申请人深入研发后，惊奇的发现：
7、现有技术中使用液体原材料的总质量为石墨材料的数倍，其中乙醇溶剂的用量也为石墨的数倍，导致生产成本高，干燥的过程对产业化生产的能耗及安全不利，液态物料在干燥过程中，其固含量在不断提高，对产品的均匀性
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种改性石墨材料及其制备方法和应用，本专利技术所述改性石墨材料中，二氧化钛颗粒会有一部分粘在碳包覆层，另外一部分凸出于碳包覆层。二氧化钛与碳包覆层协同作用，应用于锂离子电池负极材料时表现出优异的高倍率性能，并能提升锂离子电池的安全性。
2、为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种改性石墨材料，所述改性石墨材料包括多个复合粒子，所述复合粒子包括石墨内核和设置于所述石墨内核表面的复合包覆层，所述复合包覆层包括碳包覆层和粘接于所述碳包覆层表面的二氧化钛包覆层，所述二氧化钛包覆层包括多个纳米二氧化钛颗粒，所述纳米二氧化钛颗粒部分嵌于所述碳包覆层。
4、本专利技术所述改性石墨材料的复合包覆层中，第一层为碳包覆层，第二层为纳米二氧化钛包覆层，且二氧化钛颗粒的一部分嵌入在碳包覆层(另外一部分凸出于碳包覆层)中时，二氧化钛与电解液的亲和性有利于电解液在复合石墨颗粒间及其表面的快速液相扩散及自身尺寸小、可快速嵌锂特性，碳包覆层则有利于加速锂离子的去溶剂化过程，从而协同实现优异的高倍率性能。
5、另外，本专利技术的包覆层中因含有二氧化钛包覆层，应用本专利技术所述复合石墨改性材料作为锂离子电池的负极材料时，可以有效减少内短路的出现，即减少电池内部自放电情况的发生；电池发生极端反应时，如短路、过充、剧烈碰撞、局部高温等，二氧化钛自身导热性能低，导热系数远低于石墨，因此二氧化钛包覆层能够在在复合石墨颗粒之间起到了隔热效果，阻止热量的快速扩散，降低反应强度，从而降低热失控的风险，进而提高锂离子电池的安全性。
6、本专利技术中，纳米二氧化钛颗粒，是指至少在一个维度上小于100nm的颗粒，例如可以是至少在一个维度上小于80nm的颗粒，例如可以是至少在一个维度上小于50nm的颗粒等等。
7、优选地，所述改性石墨材料中纳米二氧化钛颗粒的覆盖率p’为8～75％，优选为27～56％，所述覆盖率p’通过从所述改性石墨材料中任意选择15个所述复合粒子，获取各所述复合粒子的表面纳米二氧化钛颗粒覆盖率p，并计算其平均值得到，所述表面二氧化钛颗粒覆盖率p＝(s2/s1)×100％，其中，s1为所述复合粒子在eds-mapping图中的二维投影的面积，s2为所述二维投影中的钛元素呈现伪色所占的面积总和。
8、本专利技术中，当改性石墨材料中纳米二氧化钛颗粒的覆盖率过低时(通常该种情况下，纳米二氧化钛颗粒的量较少)，对电解液的浸润改善和快充性能的进一步提升不明显，同时，因覆盖率过低时，对自放电，隔热效果也会变差；当改性石墨材料中纳米二氧化钛颗粒的覆盖率过高时，虽然改善电解液的浸润性，但是会阻碍电解液往碳包覆层的扩散和去溶剂化过程，不利于快充性能的改善。进一步优选地，所述改性石墨材料中纳米二氧化钛颗粒的覆盖率p’为27～56％。具有优异的浸润改善和快充性能，并具有良好的隔热性能。
9、当覆盖率过低时，即纳米二氧化钛的量较少，对电解液的浸润改善和快充性能的进一步提升不明显，同时，因覆盖率过低时，对自放电，隔热效果也会变差；当覆盖率过高时，虽然改善电解液的浸润性，但是会阻碍电解液往碳包覆层的扩散和去溶剂化过程，不利于快充性能的改善。优选地，所述改性石墨材料中纳米二氧化钛颗粒的pmax-pmin＜5％，其中，从所述改性石墨材料中任意选择15个所述复合粒子，获取各复合粒子的表面纳米二氧化钛颗粒覆盖率p，所述pmax-pmin为各所述复合粒子的表面纳米二氧化钛颗粒覆盖率p的极差，所述表面二氧化钛颗粒覆盖率p＝(s2/s1)×100％，其中，s1为所述复合粒子在eds-mapping图中的二维投影的面积，s2为所述二维投影中的钛元素呈现伪色所占的面积总和。
10、本专利技术中，改性石墨材料中纳米二氧化钛颗粒的pmax-pmin＜5％时，可降低部分石墨颗粒表面覆盖二氧化钛所占面积过少或覆盖二氧化钛所占面积过多，导致的二氧化钛包覆均匀性差，从而由部分石墨颗粒的性能差异引起的整体性能恶化。pmax-pmin＜5％时，覆盖率p’为8～75％，从而实现性能的可控调整。
11、优选地，所述纳米二氧化钛颗粒的粒径为5～50nm，例如：5nm、8nm、10nm、20nm或50nm等，优选为10～40nm。
12、优选地，所述二氧化钛包覆层中纳米二氧化钛颗粒的晶体结构包括金红石型优选地锐钛矿型，优选为锐钛矿型。
13、通过eds面扫可知，改性石墨材料表面的纳米颗粒含氧元素和钛元素。对石墨负极活性材料表面增加金属氧化物包覆层，仅在原材料方面就会带来较大成本上升，而降低热处理温度可大幅降低制造成本，因此二氧化钛的结构优选锐钛矿型，即使金红石型结构在某个电化学体系下会略微优异于锐钛矿型，但微小的优势与低本相比较，锐钛矿型二氧化钛可能具有优势。
14、优选地，以质量百分数计，所述改性石墨材料的灰分含量为0.21～3.12％，例如：0.21％、0.45％、0.5％、1％、2％、3％或3.12％等，优选为0.45～3.12％。
15、本专利技术中灰分含量按照ys/t 63.19-2012所述方法进行测定。
16、将灰分进行xrd分析可知，灰分主本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种改性石墨材料，其特征在于，所述改性石墨材料包括多个复合粒子，所述复合粒子包括石墨内核和设置于所述石墨内核表面的复合包覆层，所述复合包覆层包括碳包覆层和粘接于所述碳包覆层表面的二氧化钛包覆层，所述二氧化钛包覆层包括多个纳米二氧化钛颗粒，所述纳米二氧化钛颗粒的一部分嵌于所述碳包覆层。
2.如权利要求1所述的改性石墨材料，其特征在于，所述改性石墨材料中纳米二氧化钛颗粒的覆盖率P’为8～75％，优选为27～56％，所述覆盖率P’通过从所述改性石墨材料中任意选择15个所述复合粒子，获取各所述复合粒子的表面纳米二氧化钛颗粒覆盖率P，并计算其平均值得到，所述表面二氧化钛颗粒覆盖率P＝(S2/S1)×100％，其中，S1为所述复合粒子在EDS-mapping图中的二维投影的面积，S2为所述二维投影中的钛元素呈现伪色所占的面积总和；
3.如权利要求1或2所述的改性石墨材料，其特征在于，所述纳米二氧化钛颗粒的粒径为5～50nm，优选为10～40nm；
4.如权利要求1-3中任一项所述的改性石墨材料，其特征在于，以所述改性石墨材料的质量为100％计，所述碳包
5.一种如权利要求1-4任一项所述改性石墨材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述配置二氧化钛前驱体的凝胶化物料包括：将钛源、弱酸和溶剂混合，加热反应；
7.如权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述液相碳源包括焦油、和/或液相树脂、和/或液相沥青；
8.如权利要求5-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述包覆石墨和凝胶化物料的质量比为100:(10～30)；
9.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包含如权利要求1-4中任一项所述的改性石墨材料。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包含如权利要求1-4中任一项所述的改性石墨材料，和/或所述锂离子电池包含如权利要求9所述的负极极片。
...【技术特征摘要】
1.一种改性石墨材料，其特征在于，所述改性石墨材料包括多个复合粒子，所述复合粒子包括石墨内核和设置于所述石墨内核表面的复合包覆层，所述复合包覆层包括碳包覆层和粘接于所述碳包覆层表面的二氧化钛包覆层，所述二氧化钛包覆层包括多个纳米二氧化钛颗粒，所述纳米二氧化钛颗粒的一部分嵌于所述碳包覆层。
2.如权利要求1所述的改性石墨材料，其特征在于，所述改性石墨材料中纳米二氧化钛颗粒的覆盖率p’为8～75％，优选为27～56％，所述覆盖率p’通过从所述改性石墨材料中任意选择15个所述复合粒子，获取各所述复合粒子的表面纳米二氧化钛颗粒覆盖率p，并计算其平均值得到，所述表面二氧化钛颗粒覆盖率p＝(s2/s1)×100％，其中，s1为所述复合粒子在eds-mapping图中的二维投影的面积，s2为所述二维投影中的钛元素呈现伪色所占的面积总和；
3.如权利要求1或2所述的改性石墨材料，其特征在于，所述纳米二氧化钛颗粒的粒径为5～50nm，优选为10～40nm；
4.如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒋朝，王彪，丁乐，庞文文，刘东任，李辉，
申请(专利权)人：四川紫宸科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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