一种类球形快充石墨负极材料及其制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池材料，具体地说，涉及一种类球形快充石墨负极材料及其制备方法。

背景技术：

1、目前市场上动力电池所用负极材料主要以人造石墨为主，由于人造石墨为层状结构，锂离子的嵌脱从层间进出且材料的结构为纤维状，造成其充放电的路径较长，影响倍率性能。而中间相碳微球为一种球形结构，各项同性好，充放电过程中锂离子从各个方向进行嵌脱使其具有优异的倍率性能及其循环性能，但是其存在能量密度偏低，电子导电率偏差。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题：

2、用以解决现有技术中负极材料存在的倍率性能差、能量密度偏低、电子导电率偏差的问题。

3、本发明采用的技术方案：

4、针对上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种类球形快充石墨负极材料及其制备方法，通过将煤基前驱体与中间相碳微球进行混合，并发挥其各自的优点，提升材料的快充性能，并具有成本低、循环性能优异等特性。具体内容如下：

5、第一，本发明提供一种类球形快充石墨负极材料的制备方法，包括如下步骤：

6、s1无烟煤经碳化/石墨化得到颗粒体；

7、其中，无烟煤处理前，经磨粉处理；磨粉后得到平均粒径d50为0.1～30μm的无烟煤颗粒；

8、其中，碳化工序：1000～1300℃处理1-6h；石墨化工序：2000～3200℃处理6～48h。

9、s2颗粒体、改性剂、中间碳相前驱体、粘接剂经共混，得到前驱体物；

10、其中，改性剂包括乙烯焦油、煤焦油、常压渣油、减压渣油中的至少一种；

11、其中，粘接剂包括羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素锂中的至少一种。

12、其中，颗粒体、改性剂、中间碳相前驱体、粘接剂的质量比为100：1～5:30～50:5～15；

13、其中，共混于有机溶剂(n-甲基吡咯烷酮)参与下机械混合。

14、其中，中间碳相前驱体的制备方法为，气态萘进入半凝固态的沥青，得到处理物；处理物经升温处理得到中间碳相前驱体。

15、具体地，密闭容器a中，氮气气氛，萘经热处理得到气态萘，萘热处理：以1～5℃/min的升温速率加热至200-250℃；

16、密闭容b中，氮气气氛，沥青经热处理得到半凝固态沥青，沥青热处理：以1～5℃/min的升温速率加热至50-100℃；

17、萘与沥青的质量比为100:10～50；

18、密闭容器a与密闭容器b连通，使气态萘进入半凝固态的沥青；

19、升温处理：升温至400℃，保温2h；冷却后转入50℃四氢呋喃中，恒温搅拌12h，分离得到中间碳相前驱体。

20、更为具体地，也就是：将萘在有氮气的密闭反应器a中以1-5℃/min的升温速率加热至200-250℃，同时将沥青置于有氮气反应器b中，以1-5℃/min的升温速率加热至50-100℃，其中，萘:沥青的质量比为100:10-50，反应器a与反应器b有导管相连，导气管有阀门控制开关，反应器b长口进，短口出，出口处连有四氢呋喃吸收液，当反应器a温度达到200-250℃时且反应器b达到50-100℃时，打开反应器a与反应器b之间的阀门，让萘蒸汽通入半凝固态的沥青中充分吸收，待萘蒸发完毕，反应器a停止加热，反应器b中得到各向同性沥青；之后所得材料升温至400℃，保温2h；冷却后转入至50℃的四氢呋喃液体中，恒温搅拌12h后，分液，得到中间相碳微球前驱体。

21、s3前驱体物于惰性气氛下，通有卤素气体，经炭化，得到类球形快充负极材料；

22、其中，卤素气体为三氟化氯、五氟化氯中的至少一种；

23、其中，炭化工艺：1000～1600℃，1～6h。

24、第二，本发明提供了一种前述提及的制备方法得到的类球形快充石墨负极材料。

25、本发明达到的技术效果：

26、(1)本发明通过将中间碳相前驱体(中间相碳微球前驱体)添至前驱体物(煤基前驱体)中，通过粘结剂进行粘接混合均匀，利用其煤基前驱体石墨后得到的高容量材料的优点及其中间相碳微球各项同性好，膨胀低、快充性能好的优点，并发挥其两者之间的协同效应，提升材料的快充性能、循环性能，并兼顾能量密度。

27、(2)本发明通过通过卤素改性气体对其材料进行改性，减少材料缺陷，提升材料的首次效率及其比容量；同时卤素改性气体与碳形成-r-c-化学键，提升材料的结构稳定性，改善循环性能。同时利用改性剂具有良好的流动性，能够使中间相碳微球、颗粒b进行均匀混合粘接，碳化后，提升材料的结构稳定性.

技术特征：

1.一种类球形快充石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的类球形快充石墨负极材料的制备方法，其特征在于，s1包括特征(s1-1)至(s1-3)中的至少一个：

3.根据权利要求1所述的类球形快充石墨负极材料的制备方法，其特征在于，s2包括特征(s2-1)至(s2-2)中的至少一个：

4.根据权利要求1所述的类球形快充石墨负极材料的制备方法，其特征在于，s2包括特征(s2-3)：

5.根据权利要求1所述的类球形快充石墨负极材料的制备方法，其特征在于，s3包括特征(s3-1)至(s3-2)中的至少一个：

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的类球形快充石墨负极材料的制备方法，其特征在于，s2包括特征(s2-5)：

7.根据权利要求6所述的类球形快充石墨负极材料的制备方法，其特征在于，s2包括特征(s2-5-1)至(s2-5-2)中的至少一个：

8.根据权利要求7所述的类球形快充石墨负极材料的制备方法，其特征在于，s2包括特征(s2-5-1-1)至(s2-5-1-3)中的至少一个：

9.一种如权利要求1至8中任意一项所述的制备方法得到的类球形快充石墨负极材料。

技术总结
本发明涉及锂离子电池材料技术领域，公开了一种类球形快充石墨负极材料及其制备方法；其制备方法包括如下步骤：S1无烟煤经碳化/石墨化得到颗粒体；S2颗粒体、改性剂、中间碳相前驱体、粘接剂经共混，得到前驱体物；S3前驱体物于惰性气氛下，通有卤素气体，经炭化，得到类球形快充负极材料。本发明通过将煤基前驱体与中间相碳微球进行混合，并发挥其各自的优点，提升材料的快充性能，并具有成本低、循环性能优异等特性。

技术研发人员：李佳坤,王昌华,谢凤强,林昌彪,覃伟才,李祥波
受保护的技术使用者：梧州市同创循环科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1