[发明专利]天然石墨及由其制备得到的改性天然石墨材料、制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种天然石墨及由其制备得到的改性天然石墨材料、制备方法和应用。所述天然石墨具有如下特征：(1)粒度D5010μm，D90/D102.5；(2)002面间距为0.336‑0.360，I₀₀₂/I₁₁₀≤35；(3)0.6g/cc≤饱和振实密度1.3g/cc；(4)1.0m²/g≤比表面积10.0m²/g。本发明提供了具有特定粒度、特定取向性、特定振实密度和比表面积的天然石墨，由其作为制备原料，最后制备得到的改性天然石墨材料具有较高的各向同性，进而具有较优的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明属于负极材料技术领域，涉及一种天然石墨及由其制备得到的改性天然石墨材料、制备方法和应用。

背景技术

随着全球变暖加剧，控制CO₂释放量成为了人类社会刻不容缓的重大挑战。在交通领域，发展新能能源汽车是大势所趋，各国政府相继推出了各种优惠政策和补贴以推动新能源汽车发展，在政策推动下，以锂离子电池为动力电池的电动汽车快速发展。但是由于动力电池存在价格高、充电慢等问题，电动汽车至今没有完全实现商业化，如何降低动力电池价格和提升性能成为当前的研发重点。

动力锂离子电池电芯主要有负极、电解液、隔膜和正极组成，其中，正负极对电池的性能有决定性的影响，因此，动力电池研发的重点在于开发质廉价优的电极材料。对于负极材料，石墨材料依然处于主导位置，石墨依据来源可细分为人造和天然石墨，人造石墨需要经过超高温石墨化过程，使得其价格难以下降。天然石墨不需要高温石墨化过程，因此有着明显的成本优势，在3C领域占据着负极材料市场的主要地位，但是在将天然石墨应用于动力电池过程中其性能还存在着一些问题，特别是倍率性能。现阶段用天然石墨一般呈现较大片状，在电极制备压片过程中片状石墨会逐步与集流体平行，会大大降低材料的电解液透过能力，非常不利于电池的倍率性能，即使将片状石墨进行球形化处理，也很难将球形度做的很高。通常所说的球形石墨呈现椭圆状，在椭圆颗粒长轴方向通常也是鳞片的平行方向，压片过程中椭球形会形成长轴方向与集流体平行，基于此制备的负极材料在极片石墨压实过程中依然大部分鳞片与集流体平行。因此，如何改善天然石墨的取向性，从而改善天然石墨的倍率性能是一个急需攻克的难题。

CN107195903A公开了一种锂离子动力电池用小粒径天然石墨负极材料及其制备方法，该发明通过在生产15-25μm天然石墨粉碎设备的成品出料口与尾料出料之间增加一个“二料口”，收集粒度范围5-25μm和振实密度大于0.65g/cm³的石墨材料，再经过新整形、化学纯化、沥青包覆碳化，得到小粒径高容量天然石墨负极材料，但其首次库伦效率与倍率性能仍较差。CN106629702A公开了一种高循环天然石墨负极材料的加工方法，采用如下制备步骤：(1)混合：将天然石墨原料与改性剂按质量比100:0～30均匀混合，得混合物；(2)等静压处理；(3)粉碎；(4)表面改性；(5)冷却分级。该发明对天然石墨进行致密化改性，改性剂在外压作用下进入材料内部，填充空隙，经过热处理后，改性剂形成非晶炭或人造石墨的稳定结构。这一结构相比于天然石墨的高石墨化度层结构，对电解液的抗性更好，但所得石墨材料其首次库伦效率与容量保持率仍旧无法满足高性能石墨材料要求。CN106744916A公开了一种高倍率锂离子电池负极材料的改性方法，包括如下处理步骤：(1)原料混合：将树脂粉末与石墨原料按重量比1:100～15:100进行均匀混合；(2)中温炭化处理：在惰性气氛中，升温至600～1300℃，并在该温度下恒温1～4h；(3)冷却后分级处理，得改性锂离子电池石墨负极材料。该发明采用特定树脂对石墨颗粒进行包覆改性，制备锂离子电池负极材料，该方法制备的复合材料倍率性能及首次库伦效率不佳。

因此，需要开发一种天然石墨的制备方法，提高其各向同性，减少其取向性，进而提高天然石墨的倍率性能和循环性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然石墨及由其制备得到的改性天然石墨材料、制备方法和应用。