[发明专利]一种高能量密度低温快充人造石墨材料及其制备方法

说明书

本发明涉及电池负极材料领域，特别是涉及一种高能量密度低温快充人造石墨材料的制备方法，包括如下步骤：粉碎、整形球化；超高温石墨化；气相沉积；降温；筛分。本发明提供一种成本低廉的高能量密度低温快充人造石墨材料。本发明还提供一种工艺简单的高能量密度低温快充人造石墨材料的制备方法。

技术领域

本发明涉及电池负极材料领域，特别是涉及一种高能量密度低温快充人造石墨材料及其制备方法。

背景技术

近年来国家大力推广新能源电动汽车，但是电动汽车续航里程短、充电时间长，并且在冬天寒冷天气下电池性能大幅降低导致电动汽车的推广受阻，因此迫切需要对锂离子电池的能量密度和低温快充性能进行改善。锂离子电池性能的提高主要取决于电极材料电化学性能的改善。因此，提高负极材料的能量密度，同时保持优越的低温快充性能具有重要意义。

现有技术中，低温快充石墨负极材料基本都是以二次颗粒碳化形成，但二次颗粒碳化存在需包覆改性、工艺复杂、成本高等缺点。同时包覆层太厚会造成一定程度的能量密度损失；此外，该技术方案受到二次颗粒粒径较大的制约，无法再进一步提高石墨负极材料的低温快充性能，难以满足锂离子电池对低温快充的性能要求。

有鉴于此，确有必要开发一种兼具高能量密度和低温快充性能的石墨负极材料及其制备方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种成本低廉的高能量密度低温快充人造石墨材料。

本发明还提供一种工艺简单的高能量密度低温快充人造石墨材料的制备方法。

本发明采用如下技术方案：

一种高能量密度低温快充人造石墨材料的制备方法，包括如下步骤：

将原料粉碎、整形球化得到石墨前驱体粉体；

将上述石墨前驱体粉体放入石墨化炉中，以5～20℃/min的升温速度，升温至2800～3200℃，保温1～96h，冷却后得到石墨基体；

将石墨基体放入气相沉积炉的炉膛中，以3～15℃/min的速度升温，同时以50～500L/h的流量通入惰性保护气体，当温度达到750～1150℃时，调整惰性保护气体的流量至100～1000L/h，同时通入催化气体和碳源气体；

停止通入催化气体和碳源气体，调整惰性保护气体的流量至50～500L/h，采用炉内自然降温的方式至450～600℃，保温0.5～2h；关闭加热电源，采用炉内自然降温方式至80℃以下，停止通入惰性保护气体，得到人造石墨材料；

将人造石墨材料进行筛分，超声振动筛的筛网目数为325目，得到平均粒度D50为3～8μm的低温快充人造石墨材料。

对上述技术方案的进一步改进为，在所述将原料粉碎、整形球化得到石墨前驱体粉体步骤中，所述原料为粒径小于10mm的石油焦、沥青焦、中间相焦、各向同性焦中的一种或多种。

对上述技术方案的进一步改进为，在所述将原料粉碎、整形球化得到石墨前驱体粉体步骤中，所述石墨前驱体粉体的粒度D50为2～7微米。

对上述技术方案的进一步改进为，在所述将上述石墨前驱体粉体放入石墨化炉中，以5～20℃/min的升温速度，升温至2800～3200℃，保温1～96h，冷却后得到石墨基体步骤中，所述石墨化炉为箱式高温石墨炉、连续式高温石墨化炉、串接式石墨化炉、艾奇逊石墨化炉中的一种。

对上述技术方案的进一步改进为，在所述将石墨基体放入气相沉积炉的炉膛中，以3～15℃/min的速度升温，同时以50～500L/h的流量通入惰性保护气体，当温度达到750～1150℃时，调整惰性保护气体的流量至100～1000L/h，同时通入催化气体和碳源气体步骤中，所述惰性保护气体、碳源气体、催化气体的流量比为1:(0.1～1):(0.01～0.1)，通入时间为1～10h。