[发明专利]组合物、石墨粉末、阳极粉末及其生产方法

说明书

本发明涉及组合物、石墨粉末、阳极粉末及其生产方法。本发明涉及一种包括生物炭、金属和石墨的混合物的物质组合物，具有(a)约25至65重量百分比之间的石墨含量，(b)约15至75重量百分比之间的金属含量和(c)1至35重量百分比之间的生物炭含量。本发明还涉及由该混合物生产的石墨粉末、由该混合物生产的高性能锂离子电池阳极粉末以及生产该混合物的方法。本发明还涉及由该方法生产的石墨粉末以及由该方法生产的高性能锂离子电池阳极粉末。

技术领域

本发明涉及组合物、石墨粉末、阳极粉末及其生产方法。本发明涉及适用于生产石墨粉末、适用于制造高性能锂离子电池阳极及其他应用的物质组合物。物质组合物包括生物炭、金属和石墨。

背景技术

锂离子电池已在社会中变得无所不在，被用于从便携电子设备到电动工具到电动车辆的任何东西中。锂离子电池利用的增长已推动开发以探索新的和改进的构造材料以增加性能。此外，某些锂离子电池部件供应有限，并且随着全球向电气基础设施而非基于化石燃料的基础设施过渡的需求增长，将只增加缺乏。由于这个原因，存在一致的努力来发现替代原材料来源，最合适地来自可再生资源以确保可持续性。供应短缺的锂离子电池部件之一是石墨。

石墨由石油基前体合成或者由天然沉积物获得。一些碳材料，诸如焦炭和中间相沥青可简单地通过加热被转换成石墨，并且这样的材料被称为可石墨化的。其他碳材料，例如炭和一些碳化聚合物，需要添加其他组分以便促进转换为石墨[1,2]。然而，对于在锂离子电池中的应用，必须满足非常具体的要求。只有具有非常窄的特性范围的石墨材料能够递送现代应用所必需的性能。存在无数的可能性来获得石墨、催化剂和残余炭的混合物。然而，仅小子集的这样的混合物产生适用于进一步加工成石墨并最终用于锂离子电池的物质组合物。

本发明特别地公开了适用于生产适用于商业的、高性能锂离子电池的石墨粉末的物质组合物。该公开内容规定了不仅元素组成而且可辨识的碳同素异形体的相关量的所需范围。此外，与各个组分的结构以及结晶状态相关的特性是可定义的。

发明内容

本公开内容提供了包括生物炭、金属和石墨的混合物的物质组合物。此混合物具有一组独特特性，使其被加工成高性能锂离子电池阳极粉末。所述混合物也可被加工成用于其他应用的石墨粉末。也公开了用于生产此物质组合物的方法。

在一个方面，提供了包括生物炭、金属和石墨的混合物的物质组合物。在一种实施方式中，所述混合物具有(a)约25至65重量百分比之间的石墨含量，(b)约15至75重量百分比之间的金属含量和(c)1至35重量百分比之间的生物炭含量。

在一种实施方式中，所述石墨具有的d-间距为约0.3354至约0.3401nm之间。

在一种实施方式中，所述石墨的电化学容量为至少200mAh/g，更优选地，所述石墨的电化学容量为大于300mAh/g。

在一种实施方式中，所述石墨的比表面积为约0.2至约50m²/g之间。更优选地，所述石墨的比表面积小于约20m²/g。

在一种实施方式中，所述石墨显示大于60％，更优选大于80％的“库伦”或第一循环效率。

在一种实施方式中，所述混合物中所述石墨含量是呈颗粒(particulate)形式。

在一种实施方式中，所述混合物中所述金属含量是呈颗粒形式。

在一种实施方式中，所述混合物中所述生物炭含量是呈颗粒形式。

在一种实施方式中，所述石墨、金属和生物炭含量都是呈颗粒形式。

在一种实施方式中，所述混合物是具有约25至75百分比之间的由生物炭和石墨组成的碳和约75至25百分比之间的选定金属的元素组成的二元混合物。