锂电池快充石墨负极材料及其制备方法与流程

：本发明属于锂电池负极材料制备，具体涉及锂电池快充石墨负极材料及其制备方法。

背景技术

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背景技术：

1、快速充电能够变为现实，用电来替代传统的一次能源，可为人们的生活带来极大的便利。锂离子电池作为绿色能源，其快充性能也越来越受关注，也是锂离子动力电池应用于电动汽车行业研究的一个重要方向，要实现锂离子电池的快充效果，其相关的材料性能要求也就更高，特别是对传统石墨负极材料的性能提升和研制成为发展的迫切需求。

技术实现思路

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技术实现要素：

1、本发明的第一个目的在于提供一种具有较高的放电容量和首次效率、快充性能优异的锂电池快充石墨负极材料的制备方法。

2、本发明的第二个目的在于提供一种具有较高的放电容量和首次效率、快充性能优异的锂电池快充石墨负极材料。

3、本发明的第一个目的由如下技术方案实施：一种锂电池快充石墨负极材料的制备方法，其包括如下步骤：步骤1：制备人造石墨；步骤2：制备石墨烯改性沥青粉体(e)；步骤3：利用石墨烯改性沥青包覆人造石墨制备得到锂电池快充石墨负极材料；其中，

4、步骤1：制备人造石墨，具体包括如下步骤：

5、(1)焦原料破碎、烘干获得一定粒度大小的焦粉；

6、(2)沥青粉磨获得一定粒度大小的沥青粉a；

7、(3)将步骤(2)制备的沥青粉a与石墨烯粉a充分混合，然后进行高速融合得到混合粉a；沥青粉a与石墨烯粉a的添加质量比为5:5-7:3；

8、(4)将混合粉a与步骤(1)制备的焦粉充分混合均匀制备得到混合粉b；所述焦粉与所述混合粉a的添加质量比为100:3-100:10；

9、(5)混合粉b按造粒温度曲线进行造粒，造粒完成后，经冷却获得具有石墨烯掺杂的焦复合物料；

10、(6)将步骤(5)制备得到的石墨烯掺杂的焦复合物料经石墨化处理后获得石墨烯掺石墨的人造石墨；

11、利用本发明方法制造的人造石墨，石墨烯存在石墨内部或表面，改善了石墨充放电性能，降低了材料的不可逆容量。石墨烯存在后，内外部交错联通，导电性较好，为电子提供了更多导电通路，降低电子转移阻抗、提升电极的高倍率性能。同时，石墨和石墨烯都有储锂能力，两者在嵌锂-脱锂的过程中，匹配性、相容性都比较好，二次颗粒间不存在间隙，不容易相互分离，具有较好的充放电平台。

12、步骤2：制备石墨烯改性沥青粉体e，部分石墨烯粉b与沥青粉b高速搅拌充分混合，然后经融合处理，融合处理完成后将剩余石墨烯粉b直接分散到融合后物料中，进行熔融改性，熔融改性完成后物料经冷却锤破，粉碎后获得石墨烯改性沥青粉体e待用；本发明加入石墨烯后对沥青进行改性，由于石墨烯属于片层结构，与沥青交织在一起，沥青穿插于石墨烯片层之间，在受到高温加热的情况下，沥青中的轻质组分的挥发会经过石墨烯片层，其挥发路径在温度机制下变多，多层石墨烯片层的层间距变大，增大了锂离子的脱嵌通道，会使得锂离子传输路径变短，同时沥青的粘结性会很好的使石墨烯包覆在人造石墨表面上，这样使得石墨快充材料里外都具有石墨烯，从而形成网格化导电通路，提升电极的快充性能。

13、步骤3：利用石墨烯改性沥青包覆人造石墨制备得到锂电池快充石墨负极材料，具体包括如下步骤：

14、(1)混料：将石墨烯改性沥青粉体e和沥青粉c进行混合获得混合料f；石墨烯改性沥青粉体e和沥青粉c的质量比为3:7-7:3；

15、(2)包覆：将人造石墨d和混合料f充分混合后，按设定升温曲线进行加热包覆，获得锂电池快充石墨负极材料粗品，混合料f与混合料f和人造石墨d的总投料量的质量比为5-10:100；本发明石墨烯与无定型碳形成的包覆层，为二维结构、无序表面，结构缺陷及石墨烯的稳定掺杂均有利于锂离子在材料中的快速扩散，能够提高电极的快充性能。石墨烯表现出超强的导热性能，并在包覆过程中被沥青均匀分散，存在石墨颗粒之间，将热量传递出去，在一定程度上减少石墨内部热量集中的现象，延长电极使用寿命。

16、(3)筛分除磁：将获得的锂电池快充石墨负极材料粗品进行筛分、除磁、筛分获得锂电池快充石墨负极材料最终产品。

17、进一步的，所述焦粉粒度d50为6-9μm；所述焦粉的软化点为150-250℃。

18、进一步的，所述沥青粉a粒度d50为6-12μm；所述石墨烯粉a粒度d50为7-9μm。

19、进一步的，混合粉b的具体制备方法为：先投入1/2质量份的所述焦粉，再投入全部所述混合粉a，再投入剩余1/2质量份的所述焦粉，投料时开启搅拌混料，混料时间为60-120min，投料时开始充氮气，氮气流量≥2m3/h；

20、进一步的，所述混合粉b的造粒温度曲线为：由室温升温至480-520℃用60min；由480-520℃升温至655-675℃用90min；在655-675℃下保温360min；在该处理温度机制的作用下，可以保证在沥青随温度升高，挥发分不断排出过程中，沥青与石墨烯能够充分结合。

21、进一步的，所述焦复合物料粒度d50为9-11μm。

22、进一步的，石墨烯掺杂的焦复合物料石墨化的具体处理工艺为：在石墨化炉中，以1-100℃/小时的速率升温至3000℃，在3000℃保温2-20小时后，自然降至室温，进行石墨化。通过石墨化，使得稠环芳香烃化合物，在高温作用下，经过连续不断的分解和聚合等一系列反应，最终形成含碳量很高的碳青质，碳青质的结构单元是二维平面原子网格的堆集体，使六角碳原子平面网格从二维空间的无序重迭转变为三维空间的有序重迭，进而能够提高材料的热、电传导性；提高材料的热稳定性和化学稳定性；提高材料的润滑，抗摩性；排除杂质，提高材料纯度。

23、进一步的，所述制备石墨烯改性沥青粉体e的具体方法为：将1/3质量份的石墨烯粉b加入沥青粉b中，高速搅拌充分混合，搅拌速度为5000-6000r/min，然后经融合处理，融合时间为20-60分钟，融合速度为100-500转/分，接下来将剩余2/3质量份的石墨烯粉b直接分散到融合后物料中，进行熔融改性，改性温度控制在110-140℃，熔融0.5-5h，保证沥青粉b在流动、稠度较低的状态，以及避免温度过高产生明显的老化现象,其中石墨烯粉b的质量为沥青粉b质量的0.25％-1.25％；熔融改性完成后物料经冷却锤破，粉碎后获得石墨烯改性沥青粉体e待用；石墨烯改性沥青分两步：第一步是将石墨烯与沥青充分结合，第二步使用了融合机加强该效果；石墨烯粉b粒度d50为6-10μm，沥青粉b粒度d50为6-10μm，沥青粉b的软化点为50-100℃，获得的石墨烯改性沥青粉体e粒度d50为7-9μm。

24、进一步的，所述锂电池快充石墨负极材料粗品的具体操作方法为：首先投入1/2质量份的人造石墨d，再投入全部混合料f，再投入剩余1/2质量份的人造石墨d，投料时开启搅拌，搅拌电机的频率为19-21hz，混料时间大于1h,投料时开始充氮气，氮气流量≥2m3/h，按升温曲线设定的温度机制进行包覆，获得锂电池快充石墨负极材料粗品；按升温曲线设定的温度机制进行包覆可以使得沥青软化，在石墨表面形成碳包覆层，碳包覆层由石墨烯和沥青经碳化后形成的无定型碳组成，提升快充性能；人造石墨分次添加保证混料均匀性，进而保证包覆均匀性；升温曲线为：由室温升温至380-420℃用60min；由380-420℃升温至590-610℃用90min；在590-610℃下保温120min。

25、本发明的第二个目的由如下技术方案实施：利用上述所述的一种锂电池快充石墨负极材料的制备方法制备得到的锂电池快充石墨负极材料。

26、本发明的优点：

27、本发明制备的锂电池快充石墨负极材料，具有较高的放电容量和首次效率，同时，其快充性能优异。