一种电芯用石墨材料及其制备方法与流程

本发明涉及锂电池的，具体地，主要涉及一种电芯用石墨材料及其制备方法。

背景技术：

1、随着经济的高速发展，消费类电子产品的应用范围越来越广，其对配套电池的续航提出了更高的需求。在满足续航的基础上，消费者对快充电芯的需求也日益增加，锂电池在生产时，如何同时兼顾高能量密度和快充性能，成为了业界新的一大挑战。

2、锂电池的负极一般是将以石墨作为原料制作的活性物质浆料涂布在金属集流体上制得的，石墨的粒径大小、孔隙率、包覆材料等因素均会对电池的能量密度和充放电性能产生影响。

3、目前锂电池所普遍采用的石墨材料，在高能量密度和快充石墨的设计方面，是存在冲突之处的。一般地，高能量密度石墨需要通过使用高石墨化、大粒径、减少包覆等手段来实现，而快充石墨的设计需要通过减少粒径、增加包覆等手段来提升快充性能，两者难以兼得，因此，现有的锂电池所采用的石墨材料，无法同时满足市面上对高能量密度和快充的需求。

4、有鉴于此，需要对现有的石墨材料进行改进。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种电芯用石墨材料及其制备方法，以解决现有的锂电池石墨材料无法同时满足高能量密度和快充需求的问题。

2、本发明公开的一种电芯用石墨材料，包括石墨主体和包覆层，所述包覆层包覆在所述石墨主体的外侧；所述石墨主体包括：大颗粒石墨，所述大颗粒石墨上开设有贯通的孔道；小颗粒石墨，所述小颗粒石墨部分设置在所述孔道内，部分设于所述大颗粒石墨与所述包覆层之间。

3、优选地，所述大颗粒石墨的粒径在30～40um之间，所述小颗粒石墨的粒径在3～8um之间，所述孔道的直径在4～9um之间。

4、优选地，单个所述大颗粒石墨上的所述孔道开设有1～3条，且多个所述孔道之间相互平行设置。

5、优选地，所述小颗粒石墨对所述孔道的空间占用比在25％-75％之间。

6、本发明公开的一种电芯用石墨材料的制备方法，用于制备上述任一所述的电芯用石墨材料，包括如下步骤：

7、s100、原料焦粉碎整形：将石油焦的粗焦进行破碎，得到一级产物；

8、s200、造粒和筛分：将所述一级产物进行造粒，再通过筛分使大颗粒石墨与小颗粒石墨分开，得到二级产物；

9、s300、大颗粒石墨打孔：采用激光对所述二级产物中的大颗粒石墨进行打孔；

10、s400、小颗粒石墨沉积：将小颗粒石墨沉积在大颗粒石墨的孔道中，得到三级产物；

11、s500、碳化和石墨化：将所述三级产物进行碳化和石墨化，得到石墨主体；

12、s600、包覆材混合及碳化：将所述石墨主体表面包覆一层硬碳层，再进行碳化，得到四级产物；

13、s700、破碎和除磁：将所述四级产物破碎和除磁后，得到所述电芯用石墨材料。

14、优选地，所述大颗粒石墨打孔的方法包括：将大颗粒石墨放置在栅板上，并置于真空环境中，通过激光照射栅板对大颗粒石墨进行打孔。

15、优选地，激光照射栅板时，激光的功率控制在2～4w之间，激光照射的时间控制在50～70ps之间，且激光垂直照射栅板。

16、优选地，所述沉积小颗粒石墨的方法为静电喷涂法，包括：

17、s410、小颗粒混合液制备：将小颗粒石墨与沥青分散并溶解于有机溶剂中，加热并搅拌，得到小颗粒混合液；

18、s420、大颗粒混合液制备：将大颗粒石墨与阳性表面活性剂分散于有机溶剂中，得到大颗粒混合液；

19、s430、基底喷涂：将大颗粒混合液放置于待喷涂的基底层上，小颗粒混合液与喷枪相连接，将高压电源的正极与基底层相连接，负极与喷枪相连接，使喷枪垂直于基底层进行喷涂。

20、优选地，所述步骤s410中，小颗粒石墨与沥青的质量比例为10:1，加热并搅拌时的温度为40～60℃，搅拌时间5～7h；

21、所述步骤s420中，大颗粒石墨与阳性表面活性剂的质量比例为50：1，所述阳极表面活性剂采用catb；

22、所述步骤s430中，高压电源的电压控制在80～90kv之间，喷枪与基底层之间的距离控制在20～30cm之间，喷涂速度控制在0.2ml/min。

23、优选地，所述包覆材混合及碳化中，所述硬碳层包括葡萄糖、沥青、树脂类中的其中一种或多种，碳化时温度在600～1000℃之间，时间在4～8h之间。

24、本发明的有益效果在于：

25、1、本发明的电芯用石墨材料，主体采用大颗粒石墨，比表面积小，压实大，能够保证材料具有较高能量密度，而在打孔的通道中沉积小颗粒石墨，可建立大颗粒石墨内部锂离子的传导通道，从而提升石墨的动力学性能；因此，本发明的复合材料的石墨，具有比常规石墨更好的综合性能，能够同时兼顾克容量和倍率性能；

26、2、在大颗粒石墨的孔道内部沉积小颗粒石墨后，经石墨化可提升能量密度，经过表面包覆能够进一步改善大颗粒石墨表面的动力学性能；贯穿孔道的存在，可在大颗粒石墨原有在微孔基础上将部分微孔贯通，实际材料制备成电芯后，石墨材料的保液性能提高、电解液流动通道增加，有效降低了电芯的内阻；

27、3、大颗粒石墨表面和外层包覆层之间具有小颗粒石墨的存在，经碳化和石墨化后，能有效增加材料的吸液和动力学性能；另外，本发明中的石墨材料无需经过二次造粒过程，大小颗粒石墨经过一次造粒即可同时制得，更有利于控制造粒后石墨的粒径分布，减少小颗粒的进一步粉化形成过小颗粒的现象。

技术特征：

1.一种电芯用石墨材料，其特征在于，包括石墨主体和包覆层，所述包覆层包覆在所述石墨主体的外侧；

2.根据权利要求1所述的电芯用石墨材料，其特征在于，所述大颗粒石墨的粒径在30～40um之间，所述小颗粒石墨的粒径在3～8um之间，所述孔道的直径在4～9um之间。

3.根据权利要求1或2所述的电芯用石墨材料，其特征在于，单个所述大颗粒石墨上的所述孔道开设有1～3条，且多个所述孔道之间相互平行设置。

4.根据权利要求1或2所述的电芯用石墨材料，其特征在于，所述小颗粒石墨对所述孔道的空间占用比在25％-75％之间。

5.一种电芯用石墨材料的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1～4任一所述的电芯用石墨材料，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的电芯用石墨材料的制备方法，其特征在于，所述大颗粒石墨打孔的方法包括：将大颗粒石墨放置在栅板上，并置于真空环境中，通过激光照射栅板对大颗粒石墨进行打孔。

7.根据权利要求6所述的电芯用石墨材料的制备方法，其特征在于，激光照射栅板时，激光的功率控制在2～4w之间，激光照射的时间控制在50～70ps之间，且激光垂直照射栅板。

8.根据权利要求5所述的电芯用石墨材料的制备方法，其特征在于，所述沉积小颗粒石墨的方法为静电喷涂法，包括：

9.根据权利要求8所述的电芯用石墨材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s410中，小颗粒石墨与沥青的质量比例为10:1，加热并搅拌时的温度为40～60℃，搅拌时间5～7h；

10.根据权利要求5所述的电芯用石墨材料的制备方法，其特征在于，所述包覆材混合及碳化中，所述硬碳层包括葡萄糖、沥青、树脂类中的其中一种或多种，碳化时温度在600～1000℃之间，时间在4～8h之间。

技术总结
本发明公开了一种电芯用石墨材料及其制备方法，属于锂电池的技术领域，其中的电芯用石墨材料包括石墨主体和包覆层，所述包覆层包覆在所述石墨主体的外侧；所述石墨主体包括：大颗粒石墨，所述大颗粒石墨上开设有贯通的孔道；小颗粒石墨，所述小颗粒石墨部分设置在所述孔道内，部分设于所述大颗粒石墨与所述包覆层之间。本发明的制备方法用于制备上述的电芯用石墨材料，其步骤包括原料焦粉碎整形、造粒和筛分、大颗粒石墨打孔、小颗粒石墨沉积、碳化和石墨化、包覆材混合及碳化，以及破碎和除磁。本发明的复合材料的石墨，具有比常规石墨更好的综合性能，能够同时兼顾克容量和倍率性能。

技术研发人员：罗敬,刘衍长,高能双,黄波,高云雷,于子龙,陈杰
受保护的技术使用者：东莞锂威能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27