一种石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料、电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料、电池及其制备方法，其中，所述方法包括步骤：按照预定比例将煤炭粉体与石墨烯前驱体溶液相混合、研磨，得到石墨烯前驱体包覆煤碳粉体浆料；将所述浆料进行喷雾干燥，得到前驱体粉料；将所述前驱体粉料在惰性气氛中进行煅烧，得到石墨烯包覆包覆石墨化煤炭的负极材料。本发明专利技术解决了现有技术中碳负极材料制造成本过高、稳定性不佳的问题。

A graphene-coated graphitized coal anode material, battery and its preparation method

The invention discloses a graphene coated graphitized coal negative electrode material, a battery and a preparation method thereof. Wherein, the method comprises steps: mixing and grinding the coal powder and the graphene precursor solution in accordance with the predetermined ratio, obtaining the graphene precursor coated coal carbon powder slurry; spraying the slurry to obtain the precursor powder; and spraying the precursor powder. The graphene coated graphitized coal anode material was obtained by calcination in inert atmosphere. The invention solves the problems of high cost and poor stability of carbon negative material in the prior art.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料、电池及其制备方法
本专利技术涉及新材料
，尤其涉及种一种石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料、电池及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池，基于结构材料学和插层化学的一种有效的能源储存容器设备。随着手机、笔记本电脑等便携式电子设备的消费增长，以及混合动力和纯电动汽车的日渐普及，引发了人们对新一代低成本、高安全性、高能量密度、高功率，具备快充特性的新一代锂离子电池的重点关注，为满足日益增长的市场需求，急需加快锂离子电池材料的研发改进。锂离子电池用碳负极材料是锂离子电池的核心材料之一，包括天然石墨、石墨烯、软硬碳和以石油焦等为原料的人造石墨等，石墨的片层结构使其具有高的理论容量(372mAh/g)，而石墨烯具有高达744mAh/g的理论容量，但采用CVD(气相沉积)，氧化还原法等方法制备的石墨烯产量低，成本高，难以规模应用。同时，采用常规方法制备的石墨烯包覆改性的负极材料，比表面高，循环稳定性差，难以实际应用。我国煤炭资源丰富，而采用无烟煤作为碳源经过脱灰处理后，再经过包覆改性制备的锂离子电池负极材料引起了研究人员的广泛关注。目前，煤基碳负极的表面包覆改性剂为石油沥青或者煤焦油沥青，经过沥青包覆后高温烧结而成，其中沥青具有毒性，可致癌，其高温裂解会释放出有毒气体，污染环境且危害健康。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料、电池及其制备方法，旨在解决现有技术中锂电池用碳负极材料制造成本过高、稳定性不佳的问题。本专利技术的技术方案如下：一种石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料的制备方法，其中，包括步骤：按照预定比例将煤炭粉体与石墨烯前驱体溶液相混合、研磨，得到石墨烯前驱体包覆煤碳粉体浆料；将所述浆料进行喷雾干燥，得到前驱体粉料；将所述前驱体粉料在惰性气氛中进行煅烧，得到石墨烯包覆包覆石墨化煤炭的负极材料。所述的石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料的制备方法，其中，所述按照预定比例将煤碳粉体、石墨烯前驱体溶液相混合的步骤，其中，煤碳粉体与石墨烯前驱体的质量比为1:0.05~0.5。所述的石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料的制备方法，其中，所述石墨烯前驱体为低聚丙烯腈。所述的石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料的制备方法，其中，所述煤炭粉体预先经脱灰处理。所述的石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料的制备方法，其中，在将所述浆料进行喷雾干燥的步骤之前，还包括：将上述浆料置于80~350℃温度下进行热处理，得到预交联的前驱体浆料。所述的石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料的制备方法，其中，在将所述前驱体粉料在惰性气氛中进行煅烧的步骤之前，还包括步骤：将所述前驱体粉料于180~250℃温度下进行预氧化，并进行整形。所述的石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料的制备方法，其中，所述煅烧温度为500~3000℃，煅烧时间为2~24h。所述的石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料的制备方法，其中，还包括步骤：对所述石墨烯包覆煤碳的负极材料进行掺杂改性，所述掺杂改性包括金属掺杂改性和非金属掺杂改性。一种石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料，其中，所述石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料由如上所述的制备方法制备得到。一种电池，其中，包括负电极，所述负电极包括负极材料、粘结剂以及乙炔黑，所述负电极材料为如上所述的石墨烯包覆石墨化煤炭的负极材料。有益效果：本专利技术所提供的负极材料，以煤炭为基材，通过石墨烯包覆石墨化煤炭得到，该制备方法工艺简单，原料来源广泛，成本低廉，负极材料具有稳定的结构，易加工性，良好的电解液兼容性，同时兼具有高克容量、高安全性、高循环稳定性、高倍率性能等优点。附图说明图1为本专利技术石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料的制备方法较佳实施例流程示意图；图2~5分别为实施例1中得到的负极材料的X射线衍射图、扫描电镜图、半电池循环性能图和循环充放电曲线图。具体实施方式本专利技术提供一种石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料、电池及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术所述的石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料的制备方法，如图1所示，包括步骤：S1、按照预定比例将煤炭粉体与石墨烯前驱体溶液相混合、研磨，得到石墨烯前驱体包覆碳粉体浆料；S2、将所述浆料进行喷雾干燥，得到前驱体粉料；S3、将所述前驱体粉料在惰性气氛中进行煅烧，得到石墨烯包覆包覆石墨化煤炭的负极材料。本专利技术先将煤炭粉体与石墨烯前驱体溶液相混合、研磨，以将煤炭粉体与石墨烯前躯体充分混合均匀，然后研磨后的浆料经喷雾干燥，再在惰性气氛中进行煅烧，将石墨烯前躯体及煤炭粉体均石墨化，且石墨烯前躯体石墨化得到的石墨烯将石墨化的煤炭粉体表面包裹住，形成稳定的晶型结构，能够克服煤炭粉体固有的结构缺陷，良好的电解液兼容性，同时兼具有高克容量、高安全性、高循环稳定性、高倍率性能等优点。所述煤炭为无烟煤、瘦煤、贫煤、焦煤、肥煤、气煤、长焰煤、褐煤、不粘结煤、弱粘结煤中的一种或者两种以上的组合。优选地，在步骤S1之前，将煤炭块粉碎至D50=1~50μm，所述破碎方法为击碎、压碎、劈碎、磨碎中的一种或者两种以上的组合。所用仪器设备为锤片式粉碎机、爪式粉碎机、对辊式粉碎机、辊式粉碎机、中药粉碎机、砂磨机、气流磨机、滚筒式球磨机、行星式球磨机等。更优地，在步骤S1之前，将煤炭粉体经脱灰处理，除去其中的硫、金属等杂质，得到固定碳含量达到国标要求的高纯煤炭粉料。而所述脱灰处理采用的方法为浮选法、氯化焙烧法、高温法、酸碱法、氢氟酸法中的一种或者两种以上的组合。其中，高温法脱灰处理的温度为1500~3000℃，、处理时间为2~10h。具体地，所述步骤S1中，按照煤碳粉体与石墨烯前驱体的质量比为1:0.05~0.5的预定比例，将煤碳粉体、石墨烯前驱体溶液相混合，并采用机械或磁力搅拌混合、球磨混合、超声混合、辊磨混合、加热混合中的一种或者两种以上的组合的方式混合处理8~24h，以充分混合均匀，得到石墨烯前驱体包覆碳粉体浆料。其中，所述加热混合的温度为80~150℃，处理时间为5~20h。较佳地，所述石墨烯前驱体的相对分子量为100~100000，其在石墨烯前驱体溶液中的质量分数为1%~90%。所述石墨烯前驱体具体可为低聚丙烯腈，其包括丙烯腈单体聚合物、丙烯腈与其他烯类单体聚合物中的任意一种，而溶液的溶剂为乙醇、水、甲醇、乙酸乙酯、丙酮中的一种或者两种以上的组合。优选地，在所述步骤S2之前，先将步骤S1所获得的浆料置于80~350℃温度下进行热处理，具体可以是在80~350℃温度的鼓风烘箱中进行，得到石墨烯前躯体预交联的前驱体浆料，预交联便于后续煅烧时更均匀地利用生成的石墨烯将石墨化的煤炭包覆住。更优地，热处理的时间控制在6~12h，既能达到预交联的效果，且不浪费更多的能耗。所述步骤S2中，利用喷雾干燥设备如离心式喷雾干燥、压力式喷雾干燥等将步骤S1所得到的石墨烯前驱体包覆碳粉体浆料中的溶剂去除，即能够得到石墨烯前驱体与煤炭粉体充分混匀的前驱体粉料。优选地，所述喷雾干燥的进风温度温度为180~250℃，进料速度为10~50mL/min，其喷雾干燥效果尤佳。优选地，在步骤S3之本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：按照预定比例将煤炭粉体与石墨烯前驱体溶液相混合、研磨，得到石墨烯前驱体包覆煤碳粉体浆料；将所述浆料进行喷雾干燥，得到前驱体粉料；将所述前驱体粉料在惰性气氛中进行煅烧，得到石墨烯包覆包覆石墨化煤炭的负极材料。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：按照预定比例将煤炭粉体与石墨烯前驱体溶液相混合、研磨，得到石墨烯前驱体包覆煤碳粉体浆料；将所述浆料进行喷雾干燥，得到前驱体粉料；将所述前驱体粉料在惰性气氛中进行煅烧，得到石墨烯包覆包覆石墨化煤炭的负极材料。2.根据权利要求1所述的石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述按照预定比例将煤碳粉体、石墨烯前驱体溶液相混合的步骤，其中，煤碳粉体与石墨烯前驱体的质量比为1:0.05~0.5。3.根据权利要求1所述的石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯前驱体为低聚丙烯腈。4.根据权利要求1所述的石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料的制备方法，其特征在于，所述煤炭粉体预先经脱灰处理。5.根据权利要求1所述的石墨烯包覆石墨化煤炭负极材料的制备方法，其特征在于，在将所述浆料进行喷雾干燥的步骤之前，还包括：将上述浆料置于80~350...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑洪，陈文沛，黄少銮，李芳，孔金丽，张小勇，刘金鑫，欧阳晓平，孙学良，吴奇，
申请(专利权)人：深圳市本征方程石墨烯技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44