[发明专利]一种改性石墨材料及其制备方法和用途

权利要求书

1.一种改性石墨材料，其特征在于，所述改性石墨材料包括石墨基体及包覆于所述石墨基体表面的氮掺杂多孔碳层，所述石墨基体与所述氮掺杂多孔碳层呈一体结构。

2.根据权利要求1所述的改性石墨材料，其特征在于，所述石墨基体包括人造石墨和/或天然石墨；

优选地，所述人造石墨包括石油焦人造石墨和/或针状焦人造石墨；

优选地，所述氮掺杂多孔碳层为二氧化碳与石墨表层碳反应生成一氧化碳，一氧化碳溢出在石墨碳层表面造孔形成多孔碳，并通过氨气分解在多孔碳上进行掺杂制得；

优选地，所述氮掺杂多孔碳层包括微孔和孔径≤10nm的介孔，所述微孔和介孔的体积之和占总孔体积的80％以上，优选90％以上，所述微孔和介孔分别占总孔体积的30％-90％和10％-70％；

优选地，所述氮掺杂多孔碳层的厚度为1nm-20nm，优选为5nm-15nm；

优选地，所述改性石墨材料的平均粒径为5μm-25μm。

3.根据权利要求1或2所述的改性石墨材料，其特征在于，所述石墨基体的近表层还包括氮掺杂过渡层，所述近表层为石墨基体表面向石墨基体内部0-10nm的厚度层。

4.如权利要求1-3任一项所述的改性石墨材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

(1)原料混合：将掺杂原料与石墨原料混合，得到混合料；

(2)碳化处理：在惰性气氛中，对步骤(1)所述混合料于600℃-1200℃碳化处理，得到改性石墨材料；

所述掺杂原料为在碳化处理过程中能分解产生CO₂和NH₃的物质。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)所述掺杂原料包括尿素、碳酸铵和碳酸氢铵中的至少一种，和/或碳酸盐与铵盐的混合物，优选为尿素、碳酸铵和碳酸氢铵中的至少一种；

优选地，步骤(1)所述石墨原料包括人造石墨和/或天然石墨，所述人造石墨优选包括石油焦人造石墨和/或针状焦人造石墨；

优选地，步骤(1)所述石墨原料的平均粒径为5μm-25μm；

优选地，步骤(1)所述石墨原料的比表面积≤5m²/g；

优选地，步骤(1)所述石墨原料的5T压实密度＞2.0g/cm³；

优选地，步骤(1)所述石墨原料的石墨化度＞90％；

优选地，步骤(1)所述掺杂原料与石墨原料的重量比为1:100-30:100，优选为10:100-25:100；

优选地，步骤(1)所述混合为VC混合。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，步骤(2)所述惰性气氛的气体包括氮气、氦气、氖气、氩气、氪气或氙气中的任意一种或至少两种气体的组合；

优选地，步骤(2)所述碳化处理的温度为850℃-1100℃；

优选地，步骤(2)中，升温至所述碳化处理的温度的升温速率为1℃/min-10℃/min，优选为2℃/min-5℃/min；

优选地，步骤(2)所述碳化处理的保温时间为1h-5h；

优选地，步骤(2)所述碳化处理采用的碳化设备包括辊道窑、推板窑、回转炉和箱式炉。

7.根据权利要求4-6任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在碳化处理之后进行冷却和筛分的步骤。