[发明专利]一种用于包覆硅的多孔块状石墨材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体公开了一种用于包覆硅的多孔块状石墨材料及其制备方法，本发明中制备方法以块状石墨为原料，经转动包覆、炭化、活化扩孔制备获得一种用于包覆硅的多孔块状石墨材料，该方法流程简单、处理工艺成熟；本发明中用于包覆硅的多孔块状石墨材料，打破石墨理论克容量372mAh/g的限制，可以很好地搭配硅材料使用，缓解硅在嵌脱锂过程中的体积膨胀，改善硅碳复合材料的循环稳定性等，在保证硅碳复合材料高容量优势的同时可降低硅的添加量，从而降低硅碳复合材料的成本，本发明扩宽了块状石墨的用途，扩大了锂离子电池负极材料来源空间，为市场提供了适合与硅材料复合的石墨材料，对环境友好、成本低，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种用于包覆硅的多孔块状石墨材料及其制备方法。

背景技术

《促进汽车动力电池发展行动方案(2017)》明确要求，到2020年，新型锂离子动力电池的单体比能量超过300Wh/kg；到2025年，新体系动力电池技术取得突破性进展，单体比能量达500瓦时/kg，为实现发展目标，促进动力电池的快速发展，开发高能量密度、循环性能优异、安全性能好的负极材料成为当务之急。

石墨负极材料的理论容量为372mAh/g，目前商业化的高端石墨克容量普遍在350-370mAh/g，难以满足动力电池高能量密度等需求；硅以其4200mAh/g的理论容量吸引了研究工作者的广泛关注，近年来其开发力度也逐渐加大，但硅的体积效应问题仍是限制其发展的关键因素，此外，硅的成本也在一定程度上限制其应用。

目前采用纳米硅与石墨复合来缓解硅膨胀成为最广泛应用的方法，但硅材料在充放电过程中硅的巨大体积效应仍不同程度地导致硅材料周围的石墨层或碳层发生破裂，复合材料结构出现局部坍塌，循环稳定性下降，因此，研究适合包覆硅的石墨材料成为硅碳复合负极材料的研究重点。

发明内容

本发明公开一种用于包覆硅的多孔块状石墨材料制备方法，该方法流程简单、处理工艺成熟。

本发明还公开一种用于包覆硅的多孔块状石墨材料，该材料缓解硅在嵌脱锂过程中的体积膨胀，改善硅碳复合材料的循环稳定性，保证硅碳复合材料高容量优势的同时降低硅的添加量，降低硅碳复合材料的成本。

为了实现上述发明目的，本发明采用现实技术方案：

一种用于包覆硅的多孔块状石墨材料制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)、包覆炭化：将石墨颗粒和高温沥青置于滚动融合包覆机中转动混合，氮气保护下，加热至100-300℃进行转动包覆，继续升温至600-700℃进行转动炭化，得到炭化料，其中石墨与高温沥青的质量比为1:0.03～1:0.07；

2)、活化扩孔：将步骤1)中得到炭化料在氮气保护下升温至700-900℃，切断氮气，通入活化扩充气体，活化扩孔后，切断活化扩孔气体，在氮气保护下随炉冷却至室温，进行过筛、除磁处理，得到用于包覆硅的多孔块状石墨材料。

步骤1)中石墨颗粒为块状石墨颗粒，其纯度为99.90％-99.95％，D50为12.0-20.0μm，比表面积为70-90m²/g，块状石墨，即致密结晶状石墨，品位高，因地质成因区别于天然鳞片石墨，内部孔隙大，具有天然蜂窝状孔洞结构，其表面和内部存在大量微孔，这些微孔增大了高温沥青与块状石墨的接触面积，有助于结合层强度的提高。

步骤1)中高温沥青的D50为1-3μm。

步骤1)中转动融合时，滚动融合包覆机的转速为500-1000转/min，转动混合时间为10-30min。

步骤1)中包覆阶段采用转动包覆，块状石墨和高温沥青处于流动状态，高温沥青颗粒可以均匀地与块状石墨结合，转动包覆时，滚动融合包覆机的转速为50-100转/min，转动包覆时间为1-3小时。