石墨负极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备与流程

本申请涉及材料领域，尤其涉及一种石墨负极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备。

背景技术：

1、作为电动汽车的核心组件，高能量密度的二次锂离子电池得到了社会的广泛关注，具有广阔的市场前景。近年来，电动汽车的动力表现和续航里程已经能够媲美传统内燃机汽车。然而，与快捷的加注燃油相比，电动汽车充电的高额时间成本限制了它的应用场景，特别是在追求时效性的营运车领域。因此，解决快充问题是电动车发展必须跨过的门槛，也是锂离子电池技术研发的重点。

2、为了改善石墨材料的快充性能，科研工作者们尝试了多种方法，但是现有的方法通常只关注提高石墨负极材料的倍率性能，倍率性能提升的同时，往往带来的是容量的降低、首效的降低、比表面积增加、振实密度降低以及不可逆容量的增加等各方面性能的牺牲，但在实际产业化应用中，更多考虑的是兼顾材料的各项性能指标，所以要兼顾材料的容量、首效、压实、膨胀和倍率性能等，在实际应用中对于材料性能的挑战是非常大的。

3、因此，提升石墨负极材料的快充性能，同时保证材料的容量、首效和循环性能等各项指标，具有非常巨大的现实意义。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种石墨负极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备，以解决上述问题。

2、为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：

3、一种石墨负极材料的制备方法，包括：

4、将焦原料进行石墨化得到石墨骨料；

5、将沥青与高分子改性剂混合，在保护气氛下进行第一热处理得到改质沥青；所述高分子改性剂包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、丁苯橡胶、苯乙烯-异戊二烯共聚物、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种；

6、将所述石墨骨料和所述改质沥青混合，然后进行第二热处理造粒得到前驱体；

7、将所述前驱体进行第三热处理，筛分、除磁得到所述石墨负极材料。

8、优选地，所述的石墨负极材料的制备方法满足以下条件中的一个或多个：

9、(1)所述焦原料包括油系针焦、煤系针焦、中高硫石油焦和石墨颗粒中的一种或几种；

10、(2)所述焦原料的粒度满足：dv10为4-7μm，dv50为9-11μm，dv90为19-24μm。

11、优选地，所述的石墨负极材料的制备方法满足以下条件中的一个或多个：

12、a.所述石墨化的温度为3000-3200℃，时间为10-20h；

13、b.所述石墨化的终点石墨化度g为92-98％；

14、c.所述石墨骨料的粒度满足：dv10为3-6μm，dv50为8.5-10μm，dv90为18-22μm。

15、优选地，所述的石墨负极材料的制备方法满足以下条件中的一个或多个：

16、a.所述沥青的粒度dv50为1-5μm；

17、b.所述高分子改性剂的粒度dv50为1-5μm；

18、c.所述沥青与所述高分子改性剂的质量比为100：(1-20)；

19、d.所述改质沥青的粒度dv50为1-5μm；

20、e.所述沥青与所述高分子改性剂的混合时间为1-3h；

21、f.所述保护气氛包括氮气，流量为0.5-10l/min；

22、g.所述第一热处理的温度为150-200℃，升温速率为1-10℃/min，保温时间为1-6h。

23、优选地，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的苯乙烯与丁二烯的摩尔比为(10-50)：(90-50)，所述氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中的氢化苯乙烯与丁二烯的摩尔比为(10-50)：(90-50)，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的乙烯与醋酸乙烯酯的摩尔比为(10-50)：(90-50)，所述丁苯橡胶中的苯乙烯与1,3丁二烯的摩尔比为(10-50)：(90-50)，所述苯乙烯-异戊二烯共聚物中的苯乙烯与异戊二烯摩尔比为(10-50)：(90-50)，所述苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物中的苯乙烯、乙烯与丁烯的摩尔比为(10-50)：(10-30)：(80-20)。

24、优选地，所述的石墨负极材料的制备方法满足以下条件中的一个或多个：

25、(1)所述石墨骨料与所述改质沥青的质量比为100：(1-10)；

26、(2)所述石墨骨料和所述改质沥青混合的时间为1-3h；

27、(3)所述第二热处理包括第一恒温段和第二恒温段，所述第一恒温段的温度为250-350℃，所述第二恒温段的温度为550-600℃；保温时间各自独立的为1-4h；

28、(4)所述第二热处理的升温速率为0.2-10℃；

29、(5)所述第二热处理的过程中通入氮气，氮气的流速为2-10ml/min；

30、(6)所述前驱体的粒度满足：dv10为6-9μm，dv50为12.5-14.5μm，dv90为22-27μm。

31、优选地，所述的石墨负极材料的制备方法满足以下条件中的一个或多个：

32、(1)所述第三热处理的终点温度为1000-1300℃，升温速率为0.2-10℃/min，保温时间为10-24h；

33、(2)所述第三热处理的过程中通入氮气，氮气的流速为10-50ml/min；

34、(3)所述石墨负极材料的粒度满足：dv10为6-8μm，dv50为12.5-14μm，dv90为22-25μm。

35、本申请还提供一种石墨负极材料，使用所述的石墨负极材料的制备方法制得。

36、本申请还提供一种锂离子电池，包括所述的石墨负极材料。

37、本申请还提供一种涉电设备，包括所述的锂离子电池。

38、与现有技术相比，本申请的有益效果包括：

39、本申请提供的石墨负极材料的制备方法，高分子改性剂吸附沥青中的轻组分并发生溶胀反应，同时，通过物理吸附和化学吸附的综合作用，吸附饱和组分和芳香组分，生成新的胶体结构。吸附反应破坏沥青内部的交融状态，得到由相互交联的三维网状有机结构，同时使沥青小分子(饱和分和芳香分)组分减少，极性组分含量(胶质及沥青质)相对增多，且沥青分子间的相互作用增强，因此沥青改性后可以改善其包覆石墨的致密性，减小包覆层表面的缺陷，进而提升材料的首效和循环性能。另外不同的高分子改性剂对溶胀反应的催化强度不同，通过改变改性剂的种类，可以改变沥青的组分及碳化后的沥青包覆层的致密性，进而改善沥青的快充及循环性能，得到的石墨负极材料具有高能量密度和超级快充性能。

40、本申请提供的石墨负极材料，快充性能好，同时能够有效保证材料的容量、首效和循环性能等各项指标。

41、本申请提供的锂离子电池和涉电设备，电性能优异。

技术特征：

1.一种石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的一个或多个：

3.根据权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的一个或多个：

4.根据权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的一个或多个：

5.根据权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物中的苯乙烯与丁二烯的摩尔比为(10-50)：(90-50)，所述氢化苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物中的氢化苯乙烯与丁二烯的摩尔比为(10-50)：(90-50)，所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的乙烯与醋酸乙烯酯的摩尔比为(10-50)：(90-50)，所述丁苯橡胶中的苯乙烯与1,3丁二烯的摩尔比为(10-50)：(90-50)，所述苯乙烯-异戊二烯共聚物中的苯乙烯与异戊二烯摩尔比为(10-50)：(90-50)，所述苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物中的苯乙烯、乙烯与丁烯的摩尔比为(10-50)：(10-30)：(80-20)。

6.根据权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的一个或多个：

7.根据权利要求1-6任一项所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件中的一个或多个：

8.一种石墨负极材料，其特征在于，使用权利要求1-7任一项所述的石墨负极材料的制备方法制得。

9.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求8所述的石墨负极材料。

10.一种涉电设备，其特征在于，包括权利要求9所述的锂离子电池。

技术总结
本申请提供一种石墨负极材料及其制备方法、锂离子电池和涉电设备，涉及材料领域。石墨负极材料的制备方法包括：将焦原料进行石墨化得到石墨骨料；将沥青与高分子改性剂混合，在保护气氛下进行第一热处理得到改质沥青；高分子改性剂包括苯乙烯‑丁二烯‑苯乙烯嵌段共聚物、氢化苯乙烯‑丁二烯嵌段共聚物、乙烯‑醋酸乙烯酯共聚物、丁苯橡胶、苯乙烯‑异戊二烯共聚物、苯乙烯‑乙烯‑丁烯‑苯乙烯嵌段共聚物中的一种或多种；将石墨骨料和改质沥青混合，然后进行第二热处理造粒得到前驱体；将前驱体进行第三热处理，筛分、除磁得到高能量密度快充石墨负极材料。本申请提供的方法，得到的石墨负极材料具有高能量密度和超级快充性能。

技术研发人员：李云,吕祎壮,韩团辉,李子坤,黄友元
受保护的技术使用者：深圳市贝特瑞新能源技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/27