[发明专利]人造石墨材料及其制备方法和应用、电极、锂离子电池

说明书

本发明公开了一种人造石墨材料及其制备方法和应用、电极、锂离子电池。该制备方法，其包括以下步骤：将人造石墨与包覆剂进行造粒、致密化处理、碳化处理即可；人造石墨与包覆剂的质量比为100：(2‑20)。该人造石墨材料的结构致密程度较高、电阻低。将其应用于锂离子电池，可实现锂离子电池快充性能的进一步提升。

技术领域

本发明具体涉及一种人造石墨材料及其制备方法和应用、电极、锂离子电池。

背景技术

随着新能源市场向着高功率、快充方向持续发展，负极材料的阻抗成为电芯高功率快充性能设计面临的主要瓶颈。为突破能量密度的里程焦虑以及大功率快充带来的安全隐患，实现阻抗降低和和快速充电的设计目标，目前新能源领域内主要将目光聚焦在焦炭原材料的种类选择、焦炭粉碎粒径控制以及表面非晶碳包覆改性等手段。目前，人造石墨负极材料的制备流程主要包括的工序有：焦炭粉碎工序、整形工序、造粒工序、石墨化工序、表面包覆工序、成品混筛和除磁工序。采用上述工艺，虽然已经能够使新能源汽车实现10-30分钟充满电的能力，但是，这依然和燃油车的使用体验存在较大差距，因此进一步改善锂离子电池负极材料阻抗来提升快充性能对于新能源市场的发展和突破具有重要意义。

电池的负极材料的电阻包含三个部分：第一个部分是锂离子在负极材料颗粒界面发生的电化学转化反应电阻；第二个部分是锂离子在负极材料结构内部的扩散电阻；第三个部分是负极材料本身的欧姆电阻。目前，业内主要通过在材料表面包覆软碳或者硬碳的方式来实现电化学转化反应电阻的降低，但采用包覆剂也会导致人造石墨材料本身的欧姆电阻增加，仍会影响锂离子电池的快速充电性能；主要通过粉碎缩小负极材料的粒径或者降低石墨化度来实现扩散电阻的降低；主要通过在表面包覆软碳或者硬碳的过程中，复合添加导电剂(例如石墨烯、碳纳米管等)的方式来降低负极材料本身的欧姆电阻，该方式虽然能够提升材料的导电性，但是导电剂的复合添加对于设备工艺要求复杂，且工艺成本大幅度提升，难以满足动力市场的低本要求。

因此，如何降低锂离子电池负极材料的电阻，并提升锂离子电池的快充性能的技术问题亟待解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中锂离子电池负极材料的电阻仍较大，导致锂离子电池的快充性能仍较差的缺陷，而提供一种人造石墨材料及其制备方法和应用、电极、锂离子电池。该人造石墨材料的结构致密程度较高、电阻低。将其应用于锂离子电池，可实现锂离子电池的快充性能的进一步提升。

本发明通过下述技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种人造石墨材料的制备方法，其包括以下步骤：将人造石墨与包覆剂进行造粒、致密化处理、碳化处理即可；

所述人造石墨与所述包覆剂的质量比为100：(2-20)。

本发明中，所述人造石墨与所述包覆剂的质量比优选为100：(4-15)，例如100：4.5、100：6.5、100：8、或100：10。

本发明中，所述致密化处理的方式为融合机挤压或棒销研磨机撞击。

本发明中，当所述致密化处理的方式为融合机挤压时，该方式中采用的融合机可为本领域常规的融合机。所述融合机的转速可为500-1200r/min，例如800r/min、900r/min、1000r/min或1100r/min。所述融合机挤压的时间可为3-10min，例如5min、7min或9min。

本发明中，当所述致密化处理的方式为棒销研磨机撞击时，该方式中采用的棒销研磨机可为本领域常规的棒销研磨机。所述棒销研磨机撞击的频率可为10-50Hz，例如10Hz、15Hz、20Hz、25Hz、30Hz、35Hz、40Hz或45Hz。

本发明中，所述人造石墨优选为人造石墨单颗粒。

其中，所述人造石墨单颗粒可为本领域常规人造石墨单颗粒产品，例如市售买来的人造石墨单颗粒或通过本领域常规方法制得的人造石墨单颗粒均可适用于本发明。