一种石墨负极材料的制备方法与流程

本发明涉及负极材料制备，具体涉及一种石墨负极材料的制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池相较于其它二次电池来说，由于其比能量高、充电效率高、温度特性良好、自放电率低、充电热效应小和无记忆效应等优点，在各种便携式电子产品、电动汽车等领域得到了广泛应用，在当今社会受到了广泛关注，具有十分光明的应用前景。

2、石墨负极材料因具有良好的导电性和充放电稳定性而被广泛应用，而天然石墨的循环膨胀较大，随着锂离子电池行业的不断发展，对石墨负极材料的要求也越来越高。如何提高石墨负极材料的电化学性能、降低生产成本成为了国内外研究的热点。

3、在石墨负极材料的生产过程中，尤其是艾奇逊炉石墨化的生产工艺流程中使用到的辅料较多，包括底层防烧穿炉底的绝缘炭黑，作为炉体产热的电阻料，保温使用的外层保温料，作为主料容器的石墨坩埚。这些辅料均为碳材料，除了绝缘炭黑可以多次重复使用；电阻料只能使用一次，保温料使用2-3次，石墨坩埚如果有损坏就需要更换，造成了很大的浪费。

4、因此，研究并开发出一种能够使辅料再利用的方法，对降低石墨负极材料的生产成本具有重要意义。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种石墨负极材料的制备方法，以解决现有技术中石墨生产过程中辅料附加值低，难以回收再利用，生产成本高的问题。

3、(二)技术方案

4、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

5、一种石墨负极材料的制备方法，包括如下步骤：

6、s1、提供石墨化工序产生的辅料，粉碎至微米级，得到前驱体a；提供高温沥青，粉碎至微米级，得到前驱体b；

7、s2、将所述前驱体a、前驱体b混合均匀，得到前驱体c；

8、s3、对所述前驱体c进行精磨、分级处理，然后在惰性气体氛围、400-900℃条件下热处理，得到前驱体d；

9、s4、将所述前驱体d在惰性气体氛围中，在950-1300℃条件下碳化30-400min，降至室温后进行除磁筛分，得到石墨负极材料。

10、优选地，所述石墨化工序产生的辅料选自经过一次石墨化后的电阻料、经过三次以上石墨化后的保温料内层或石墨化容器坩埚碎料中的一种或多种。

11、优选地，所述高温沥青选自石油沥青、煤系沥青中的一种或多种，所选高温沥青的软化点为50-300℃，结焦值在48％以上。

12、优选地，所述前驱体a粒径d50范围在30-60μm，所述前驱体b粒径d50范围在2-10μm。

13、优选地，所述前驱体a和前驱体b按照100：(1-40)的质量比均匀混合得到所述前驱体c；

14、所述混合设备选自双螺旋锥形混合机、卧式无重力混合机、卧式犁刀混合机、卧式螺带混合机中的一种；所述混合设备转速不低于80rpm，混合时间为20-100min。

15、优选地，所述精磨、分级处理设备选自机械磨、辊压磨、整形机、球磨机中的一种；

16、所述惰性气体选自氮气、氩气、氦气中的一种或多种；

17、所述热处理设备选自立式反应釜、卧式反应釜、滚筒炉中的一种；

18、所述热处理时间为20-150min，热处理的升温速率为1-40℃/min；所述前驱体d的粒径d50范围在10-30μm。

19、优选地，所述高温碳化处理设备选自辊道窑、隧道窑、回转窑中的一种；所述惰性气体选自氮气、氩气、氦气中的一种或多种；

20、所述碳化处理的升温速率为1-40℃/min。

21、优选地，所述除磁工序设备选自干式筒式磁选机、永磁筒式磁选机、超导磁选机、干式感应辊式磁选机中的一种，磁通量应大于5000gs；

22、所述筛分工序所选筛网应大于325目。

23、优选地，所述石墨负极材料粒径d50为10-30μm，比表面积为0.5-4.0m2/g，石墨化度为90-94％。

24、优选地，所述石墨负极材料的脱锂比容量为330-360mah/g，首次库伦效率为90-96％。

25、(三)有益效果

26、本发明提供了一种石墨负极材料的制备方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：

27、本发明申请通过石墨化工序产生的辅料和高温沥青混合，然后经过热处理和碳化处理得到石墨负极材料，使用高温沥青对石墨化工序产生的辅料进行包覆，热处理能够使沥青附着并包覆在石墨辅料材料的表面，经碳化处理后高温沥青转变为碳包覆层包覆在石墨辅料材料的表面，从而得到石墨负极材料。相比于直接将石墨化工序产生的辅料材料作为锂离子电池的负极材料，采用本申请提供的上述方法制备石墨负极材料，一方面，由高温沥青转变的碳包覆层能够对石墨化工序产生的辅料材料的空穴、错位等表面缺陷进行修饰，减少其表面缺陷，同时还能够增加石墨负极材料表面的嵌锂位点，从而提高石墨负极材料的嵌锂能力，将其应用在锂离子电池中能够显著提高锂离子电池的动力学性能，从而提升材料的倍率性能；另一方面，解决了传统石墨材料生产成本高，倍率性能差等缺陷，本发明采用石墨化工序产生的辅料，对其进行掺杂沥青，磨粉，造粒，碳化包覆等处理，能够减少石墨化工序产生的辅料表面缺陷与电解液的直接接触，从而避免溶剂的共嵌入及材料的脱落和粉化，从而能够提高石墨负极材料的结构稳定性，在上述两方面的协同作用下能够提高石墨负极材料的放电比容量、首次库伦效率、动力学性能和循环稳定性。

28、此外，本申请制备方法中主材料成本低，工艺流程短，能够显著降低石墨负极材料的制备成本。

技术特征：

1.一种石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述石墨化工序产生的辅料选自经过一次石墨化后的电阻料、经过三次以上石墨化后的保温料内层或石墨化容器坩埚碎料中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述高温沥青选自石油沥青、煤系沥青中的一种或多种，所选高温沥青的软化点为50-300℃，结焦值在48％以上。

4.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述前驱体a粒径d50范围在30-60μm，所述前驱体b粒径d50范围在2-10μm。

5.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述前驱体a和前驱体b按照100：(1-40)的重量比均匀混合得到所述前驱体c；

6.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述精磨、分级处理设备选自机械磨、辊压磨、整形机、球磨机中的一种；

7.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述高温碳化处理设备选自辊道窑、隧道窑、回转窑中的一种；所述惰性气体选自氮气、氩气、氦气中的一种或多种；

8.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述除磁工序设备选自干式筒式磁选机、永磁筒式磁选机、超导磁选机、干式感应辊式磁选机中的一种，磁通量应大于5000gs；

9.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述石墨负极材料粒径d50为10-30μm，比表面积为0.5-4.0m2/g，石墨化度为90-94％。

10.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述石墨负极材料的脱锂比容量为330-360mah/g，首次库伦效率为90-96％。

技术总结
本发明提供一种石墨负极材料的制备方法，涉及负极材料制备技术领域。包括如下步骤：S1、提供石墨化工序产生的辅料，粉碎至微米级，得到前驱体A；提供高温沥青，粉碎至微米级，得到前驱体B；S2、将所述前驱体A、前驱体B混合均匀，得到前驱体C；S3、对所述前驱体C进行精磨、分级处理，然后在惰性气体氛围、400‑900℃条件下热处理，得到前驱体D；S4、将所述前驱体D在惰性气体氛围中，在950‑1300℃条件下碳化30‑400min，降至室温后进行除磁筛分，得到石墨负极材料。所述石墨负极材料的脱锂比容量为330‑360mAh/g，首次库伦效率为90‑96％。

技术研发人员：史鑫磊,唐国栋,钱振扬,杨卓群,王叶
受保护的技术使用者：合肥国轩高科动力能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/10