[发明专利]一种快充型多孔块状石墨负极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，具体公开一种快充型多孔块状石墨负极材料及其制备方法，通过两次低温包覆、中温粘接造粒、高温石墨化、活化扩孔处理，改善材料内部及表面结构，提供一种快速充电、长续航性快充型多孔块状石墨负极材料，工艺成熟，扩宽了块状石墨的用途，对环境友好、成本低，适合工业化生产，该多孔块状石墨负极材料组装的锂离子电池半电池的首次充电克容量突破石墨理论值372mAh/g的限制，达到400mAh/g以上，首次库伦效率达到94％以上，5C充电的容量是0.2C充电容量的80％以上，本发明的多孔块状石墨材料可以应用于快充型锂离子电池，在保持高容量、高首效的同时维持高倍率、长循环性能在保障高库伦效率的同时，提高材料克容量、倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，具体涉及一种快充型多孔块状石墨负极材料，同时还涉及一种快充型多孔块状石墨负极材料的制备方法。

背景技术

2020年，我国新能源汽车产销量将达到200万辆，2025年我国新能源汽车产销量将占汽车总产销的20％以上，新能源汽车的快速发展，带动锂离子电池爆发性增长，市场对锂离子电池四大关键材料之负极材料的需求也在保持高速增长，电动汽车及混合动力汽车的发展对锂离子电池的功率性能提出了更高要求，制备具有快速充电、长续航性能等综合性能优异的负极材料将有力地推动电动汽车的发展，单一颗粒形式的石墨负极材料不利于锂离子快速扩散，对大电流快速充电形成一定的阻碍，难以满足实际需求，目前，科研工作者在颗粒形貌、颗粒复合等多方面对负极材料不断进行研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种快充型多孔块状石墨负极材料及其制备方法，通过两次低温包覆、中温粘接造粒、高温石墨化、活化扩孔处理，改善材料内部及表面结构，提供一种快速充电、长续航性快充型多孔块状石墨负极材料，在保障高库伦效率的同时，提高材料克容量、倍率性能。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种快充型多孔块状石墨负极材料制备方法，其特征在于，包括下述步骤：

1)包覆-造粒-扩孔：将块状石墨颗粒与高温沥青以1:0.03～1:0.07的质量置于滚动融合包覆机中比转动混合，氮气保护下升温至100-300℃转动包覆，400-600℃中温粘接造粒，800-1200℃转动炭化，700-800℃切断氮气通入活化扩孔气体活化扩孔，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，得到包覆-造粒-扩孔物料，包覆造粒使多个单颗粒均匀粘接，颗粒间留有大孔隙，活化扩孔有助于单颗粒内部及表面包覆层形成丰富孔隙，这些孔隙的存在给锂离子的扩散提供充足的空间，增大了储锂空间，大大提升材料克容量和倍率性能；

2)石墨化处理：将步骤1)中得的活化扩孔物料进行石墨化处理，得到石墨化物料，石墨化处理不仅使单颗粒石墨化度提高，而且石墨化高温下，块状石墨颗粒自身内部孔隙闭合，在保留孔隙的同时降低比表面积；

3)二次包覆改性：将步骤2)中得到的石墨化物料与葡萄糖以1:0.03～1:0.07的质量比置于滚动融合包覆机中转动混合，氮气保护下升温至100-300℃转动包覆，800-1200℃转动炭化，炭化完成后随炉冷却至室温，过筛、除磁，得到快充型多孔块状石墨负极材料，二次包覆改性处理，二次颗粒表面形成均匀的包覆碳层，再次降低颗粒比表面积，避免比表面积过大消耗更多的电解液造成首次库伦效率过低问题，二次颗粒的包覆碳层层间距大，各向同性度高，有助于提高大电流下的循环性能。

步骤1)中所述块状石墨颗粒纯度为99.0％-99.9％、D50为5.0-10.0μm、比表面积为80-100m²/g，所述高温沥青D50为1-3μm，块状石墨原料，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，其表面和内部的大量微孔，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。