[发明专利]石墨材料及其制备方法和应用

说明书

本发明一种石墨材料及其制备方法和应用。该石墨材料包括核壳结构颗粒，所述核壳结构颗粒包括石墨内核，包覆在所述石墨内核外的第一包覆层及包覆在所述第一包覆层外的第二包覆层，所述第一包覆层空隙率大于所述第二包覆层空隙率。利用石墨内核前驱体在不同温度下受热膨胀和收缩的性质，通过多阶段热处理，在石墨内核前驱体表面进行了包覆处理，形成了第一包覆层空隙率大于第二包覆层空隙率的石墨材料。该包覆方式不仅为石墨内核提供了柔性外壳，利用孔隙率较大的第一包覆层缓解石墨体积膨胀，同时维持石墨内核及第二包覆层的结构稳定，提升石墨材料结构稳定性，提升锂离子电池循环性能，也保证了材料的加工制造性。

技术领域

本发明属于电池材料领域，具体涉及一种石墨材料及其制备方法和应用。

背景技术

废旧石墨电极材料的回收再利用能够实现资源的循环利用，但电池经长时间循环后，石墨材料界面发生粗糙化和SEI膜沉积，另外小分子有机溶剂的层间共嵌也会导致石墨性能下降，不能直接再用于电池制造。目前常规的石墨再生方法是，首先采用强无机酸(H₂SO₄、HCl)对石墨表面沉积的杂质进行浸出处理，随后再进行包覆处理，以提高石墨的界面性能。包覆材料一般采用刚性的碳材料为主，结构上一般为直接包覆和核壳空隙包覆。直接包覆的方式不能实现对石墨表面有效的连续性包覆，导致包覆效果较差，而且在循环过程中，刚性的包覆层会因石墨体积膨胀而剥落；核壳空隙包覆虽然能够缓解材料的膨胀，但核壳空隙结构无法实现与界面层的有效接触，导致电子导电性变差，而且该核壳空隙结构不能缓解石墨材料的不均匀膨胀，在循环过程中仍然会发生壳结构的破裂。

因此，亟待研发一种能够缓解材料的膨胀，维持包覆层结构稳定的石墨材料。同时导电性良好的石墨材料。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种石墨材料及其制备方法和应用。

本发明一方面提供一种石墨材料，包括核壳结构颗粒，所述核壳结构颗粒包括石墨内核，包覆在所述石墨内核外的第一包覆层及包覆在所述第一包覆层外的第二包覆层，所述第一包覆层空隙率大于所述第二包覆层空隙率。

本发明另一方面提供一种石墨材料的制备方法，包括：包覆步骤，使石墨内核前驱体外包覆包覆壳层得到包覆材料，所述石墨内核前驱体为层中含有溶剂的石墨材料；热处理步骤，包括第一段热处理所述包覆材料，使石墨内核前驱体体积膨胀得到膨胀后的包覆材料，第二段热处理所述膨胀后的包覆材料，使所述包覆壳层结构固化，得到固化后的包覆材料，第三段热处理所述固化后的包覆材料，使石墨内核前驱体体积收缩，得到包覆在石墨内核外的第一包覆层和包覆在第一包覆层外的第二包覆层，所述第一包覆层空隙率大于第二包覆层空隙率的石墨材料。

本发明利用石墨内核前驱体在不同温度下受热膨胀和收缩的性质，通过多阶段热处理，在石墨内核前驱体表面进行了包覆处理，形成了第一包覆层空隙率大于第二包覆层空隙率的石墨材料。该包覆方式不仅为石墨内核提供了柔性外壳，利用孔隙率较大的第一包覆层缓解石墨体积膨胀，同时维持石墨内核及第二包覆层的结构稳定，提升石墨材料结构稳定性，提升锂离子电池循环性能，也保证了材料的加工制造性。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是本发明的石墨材料制备方法的示意图。

其中，附图标记说明如下：

10-石墨内核前驱体；11-石墨；12-石墨层间溶剂；20-包覆壳层；21-第一包覆层；22-第二包覆层

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。

本专利中“石墨内核前驱体”来源包括废旧的含有石墨电极的电池，例如注液后化成、分容、循环过程出现问题以及退役的含有石墨电极的电池，也包括其他来源的层中包含溶剂的石墨材料。