人造石墨与碳包覆天然石墨的复合材料制备工艺的制作方法

本发明属于新能源材料。更具体地，涉及人造石墨与碳包覆天然石墨的复合材料制备工艺。

背景技术：

1、锂电池负极材料主要可以分为碳基与非碳基两大类，碳基材料包括了天然石墨、人造石墨、mcmb、软碳、硬碳等，其中天然石墨和人造石墨因为结构稳定，氧化还原电位低，制作成本低廉与易于修饰改性的特点，成为了市场应用的主流。 人造石墨由焦类原料经粉碎加工及结构设计后高温石墨化而成，具有优异的循环与倍率性能。天然石墨则多用鳞片石墨经纯化、球化加工和表面处理而成，能量密度优异。

2、而随着电芯产品指标需求的多样化，天然石墨与人造石墨掺混的复合石墨产品正逐渐成为解决方案之一。然而，如何使两者有机结合，充分发挥各自的优势，是目前本领域技术人员公关的技术难题之一。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是对于人造石墨和天然石墨掺混的方案，难以实现两者有机结合，充分发挥协同效应的弊端，提供了一种人造石墨与碳包覆天然石墨的复合材料制备工艺、锂电池负极极片及锂电池。

2、本发明的目的之一是提供一种人造石墨与碳包覆天然石墨的复合材料制备工艺。

3、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

4、一种人造石墨与碳包覆天然石墨的复合材料制备工艺，具体制备步骤包括：

5、人造石墨的电磁改性处理：

6、将人造石墨于惰性气体保护状态下进行电磁微波改性，以得到改性人造石墨；

7、所述电磁微波改性是于微波功率为800-1000w条件下，电磁微波处理40-60s；

8、天然石墨的碳包覆：

9、将球形天然石墨与包覆材料共混均匀后，于惰性气氛中进行热处理，以得到预处理天然石墨；

10、向所述预处理天然石墨中，加入所述预处理天然石墨质量8-15%的所述改性人造石墨，混合均匀后，于惰性气氛中炭化处理，以得到改性天然石墨；

11、其中，所述热处理包括：于温度为400-450℃条件下，保温热处理2-4h；

12、所述球形天然石墨选用球形度为0.8-0.85，d50为8-15μm，碳含量不低于95%的天然石墨；

13、所述包覆材料选自沥青或有机树脂中的任意一种；

14、复合材料的制备：

15、将所述改性人造石墨和所述改性天然石墨按质量比为1:1-1:1.5共混均匀，以得到复合材料。

16、上述技术方案首先对于人造石墨进行电磁微波改性处理，在该过程中，微波的作用基于材料和电磁辐射的相互作用，使得人造石墨对于微波的强吸收从而产生快速的高热量，在人造石墨片层上产生孔洞的同时，拓宽其层间距，从而降低锂离子的扩散阻抗；但是，考虑到锂离子在快速充放电时，伴随着锂离子快速的从石墨的层间嵌入和脱出，因此，发明人通过调整微波处理的功率和时间，避免人造石墨的物理结构遭到过度的破坏，从而影响产品物理结构的稳定性，使得产品在长期充放电过程中性能可以得以保持；

17、另外，通过对天然石墨进行碳包覆，使得锂离子从天然石墨表面向内部扩散时的阻力下降，并且，通过选择指定规格的球形天然石墨，使得其调整后的离子扩散阻抗，尤其是天然石墨和人造石墨的界面处，可以得到改善；另外，配合两者质量配比的调控，使得性能得到充分的均衡；

18、上述技术方案中，通过在天然石墨的改性过程中，进一步混入少量的改性后的人造石墨，并且在人造石墨的加入以前，先对天然石墨和包覆材料进行热处理，如此，可以在进一步后续的高温炭化过程中，使得天然石墨-碳包覆层-人造石墨之间形成连续的过渡界面，从而进一步改善了改性天然石墨和改性人造石墨之间的锂离子扩散阻抗，并且，使得改性天然石墨颗粒和改性人造石墨颗粒各自自身的锂离子扩散能力得以均衡，使得产品整体性能可以得到有效发挥；

19、需要说明的是，在复合材料的制备过程中，如果共混时采用的改性天然石墨选用了上述掺入改性人造石墨的这类材料，那么，在最终复合材料制备时共混，改性人造石墨和改性天然石墨的质量比实际上指的改性天然石墨的质量是包括了在改性天然石墨改性过程中掺入的改性人造石墨的。

20、进一步的，所述炭化处理为：以升温速率为1-5℃/min条件下，升温至800-1500℃，保温炭化处理4-10h。

21、进一步的，所述沥青选自煤沥青、石油沥青、中间相沥青、煤焦油中的任意一种。

22、进一步的，所述有机树脂选自酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、糠醛树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸树脂、聚氯乙烯中的任意一种。

23、进一步的，所述天然石墨的碳包覆还包括以下步骤：

24、其中，所述包覆材料占所述球形天然石墨质量的3-12%；

25、将球形天然石墨和包覆材料混合后，于搅拌转速为100-300r/min条件下搅拌混合20-60min后，以1200-1500r/min条件下继续搅拌包覆处理30-120min。

26、进一步的，所述混合均匀包括：

27、向所述预处理天然石墨中，加入所述预处理天然石墨质量8-15%的所述改性人造石墨，于球料质量比为20：1-30：1，球磨自转转速为300-350r/min，球磨公转转速为400-450r/min，条件下，球磨混合3-5h。

28、上述方案通过将预处理天然石墨和改性人造石墨进行球磨混合，在此过程中，可以使得天然石墨和人造石墨形成物理吸附，从而有利于后续高温炭化过程中形成有机结合。

29、进一步的，所述人造石墨的电磁改性处理还包括：

30、将d50为16-30μm的人造石墨于惰性气体保护状态下进行电磁微波改性后，以得到改性人造石墨。

31、通过调控人造石墨的粒径，使其大于天然石墨的粒径，从而不仅可以调控两者的分散状态，粒径更小的天然石墨也可以获得相对更短的离子扩散路径，从而进一步缩小人造石墨和天然石墨之间的离子扩散能力差距，使得产品性能得到进一步均衡，从而使得产品性能得到充分发挥。

32、本发明的另一目的是提供一种锂电池负极极片。

33、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

34、一种锂电池负极极片，所述负极极片中，包括负极集流体，以及涂敷于所述负极集流体表面的负极膜片，所述负极膜片中，包括由上述制备工艺制备的复合材料，导电剂和粘结剂。

35、本发明的另一目的是提供一种锂电池。

36、本发明上述目的通过以下技术方案实现：

37、一种锂电池，包括上述负极极片，正极极片和隔膜；所述正极极片中，包括正极集流体，以及涂敷于所述正极集流体表面的正极膜片，所述正极膜片中，包括三元正极活性物质，所述三元正极活性物质为镍钴锰酸锂。

技术特征：

1.一种人造石墨与碳包覆天然石墨的复合材料制备工艺，其特征在于，具体制备步骤包括：

2.根据权利要求1所述的一种人造石墨与碳包覆天然石墨的复合材料制备工艺，其特征在于，所述炭化处理为：以升温速率为1-5℃/min条件下，升温至800-1500℃，保温炭化处理4-10h。

3.根据权利要求1所述的一种人造石墨与碳包覆天然石墨的复合材料制备工艺，其特征在于，所述沥青选自煤沥青、石油沥青、中间相沥青、煤焦油中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种人造石墨与碳包覆天然石墨的复合材料制备工艺，其特征在于，所述有机树脂选自酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、糠醛树脂、聚乙烯醇、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚偏氟乙烯、聚丙烯酸树脂、聚氯乙烯中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种人造石墨与碳包覆天然石墨的复合材料制备工艺，其特征在于，所述天然石墨的碳包覆还包括以下步骤：

6.根据权利要求1 所述的一种人造石墨与碳包覆天然石墨的复合材料制备工艺，其特征在于，所述混合均匀包括：

7.根据权利要求1所述的一种人造石墨与碳包覆天然石墨的复合材料制备工艺，其特征在于，所述人造石墨的电磁改性处理还包括：

8.一种锂电池负极极片，其特征在于，所述负极极片中，包括负极集流体，以及涂敷于所述负极集流体表面的负极膜片，所述负极膜片中，包括由权利要求1-7任一项所述制备工艺制备的复合材料，导电剂和粘结剂。

9.一种锂电池，其特征在于，包括权利要求8所述的负极极片，正极极片和隔膜；所述正极极片中，包括正极集流体，以及涂敷于所述正极集流体表面的正极膜片，所述正极膜片中，包括三元正极活性物质，所述三元正极活性物质为镍钴锰酸锂。

技术总结
本发明属于新能源材料技术领域。更具体地，涉及一种人造石墨与碳包覆天然石墨的复合材料制备工艺。本发明在制备时，包括：将人造石墨于惰性气体保护状态下进行电磁微波改性，以得到改性人造石墨；所述电磁微波改性是于微波功率为800‑1000W条件下，电磁微波处理40‑60s；将球形天然石墨与包覆材料共混均匀后，于惰性气氛中炭化处理，以得到改性天然石墨；所述球形天然石墨选用球形度为0.8‑0.85，D50为8‑15μm，碳含量不低于95%的天然石墨；所述包覆材料选自沥青或有机树脂中的任意一种；将所述改性人造石墨和所述改性天然石墨按质量比为1:1‑1:1.5共混均匀，以得到复合材料。

技术研发人员：吕涛,叶伦康,温心雯,周广峰
受保护的技术使用者：上海巴库斯超导新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7