人造石墨及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种人造石墨及其制备方法和应用，该方法包括：(1)将针状前驱体进行破碎处理，以便得到D50为6‑15μm的针状前驱体粉末；(2)将非针状前驱体进行破碎处理，以便得到D50为3‑10μm的非针状前驱体粉末，且所述非针状前驱体粉末的粒径小于所述针状前驱体粉末的粒径；(3)将所述针状前驱体粉末与所述非针状前驱体粉末、粘结剂混合，以便得到混合物料；(4)将所述混合物料进行石墨化处理，以便得到人造石墨。该方法采用粒径不同的针状和非针状前驱体作为原料，且针状前驱体粉末的粒径大于非针状前驱体粉末的粒径，使得所得的人造石墨能量密度高、寿命长且倍率好。

Artificial graphite and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
人造石墨及其制备方法和应用
本专利技术属于锂电池领域，具体而言，本专利技术涉及人造石墨及其制备方法和应用。
技术介绍
石墨作为最主要的锂离子电池负极材料，按照种类大致分为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球等。其中人造石墨以其良好的电解液兼容性和优异的循环稳定性得以在锂离子电池中获得广泛的应用。但常规工艺制造的人造石墨大都容量偏低，人们一般采用各项异性的针状焦作为前驱体，采用以下处理工艺来提升人造石墨的容量：(一)超高温石墨化；(二)采用催化剂来对人造石墨前驱体进行催化石墨化处理。经过以上前驱体选择、石墨化处理等步骤后得到的人造石墨虽然容量得到了较大的提升，但由于其石墨化度更高，内部结构排列更加有序，从而损失掉一部分人造石墨原本的一些优点，如良好的充放电结构稳定性、较高的锂离子扩散系数等，导致应用此种材料的锂离子电池的循环稳定性和倍率充放电性能受到影响。因此，现有人造石墨的制备方法有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种人造石墨及其制备方法和应用。该方法采用粒径不同的针状和非针状前驱体作为原料，且针状前驱体粉末的粒径大于非针状前驱体粉末的粒径，使得所得的人造石墨能量密度高、寿命长且倍率好。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备人造石墨的方法，根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)将针状前驱体进行破碎处理，以便得到D50为6-15μm的针状前驱体粉末；(2)将非针状前驱体进行破碎处理，以便得到D50为3-10μm的非针状前驱体粉末，且所述非针状前驱体粉末的粒径小于所述针状前驱体粉末的粒径；(3)将所述针状前驱体粉末与所述非针状前驱体粉末、粘结剂混合，以便得到混合物料；(4)将所述混合物料进行石墨化处理，以便得到人造石墨。根据本专利技术实施例的制备人造石墨的方法，通过采用针状及非针状前驱体作为制备人造石墨的原料，可使得制备的人造石墨同时具有能量密度高、寿命长和倍率好的特点。同时针状前驱体粉末的粒径与非针状前驱体粉末的不同，且针状前驱体粉末的粒径大于非针状前驱体粉末的粒径，使得两者在混合过程中不同结构的前驱体粒度大小搭配，有利于提升所得人造石墨的振实密度和压实密度，进而提升材料的能量密度。另外通过将针状前驱体粉末与非针状前驱体粉末、粘结剂混合，可使得针状前驱体粉末与非针状前驱体粉末混合均匀，提升混合物料中各处针状前驱体粉末与非针状前驱体粉末的一致性，从而可进一步提高所得人造石墨的品质。另外，根据本专利技术上述实施例的制备人造石墨的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述针状前驱体为选自石油系针状焦、煤系针状焦中的至少之一。由此，可进一步提高人造石墨的压实性能和容量。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述非针状前驱体为纤维结构前驱体和/或镶嵌结构前驱体。由此，可进一步提高人造石墨的循环稳定性和倍率充放电性能。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述纤维结构前驱体为选自纤维结构石油焦、纤维结构沥青焦中的至少之一。由此，可进一步提高人造石墨的循环稳定性和倍率充放电性能。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(2)中，所述镶嵌结构前驱体为选自镶嵌结构石油焦、镶嵌结构沥青焦中的至少之一。由此，可进一步提高人造石墨的循环稳定性和倍率充放电性能。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述针状前驱体粉末与所述非针状前驱体粉末的质量比为30-95：5-70，且所述针状前驱体粉末的质量大于所述非针状前驱体粉末的质量。由此，可进一步提高人造石墨的能量密度、循环寿命和倍率。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述针状前驱体粉末的质量大于所述非针状前驱体粉末中任一种结构的所述非针状前驱体粉末的质量。由此，可进一步提高人造石墨的能量密度、循环寿命和倍率。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述粘结剂与所述针状前驱体粉末和所述非针状前驱体粉末的质量之和的质量比为1-30：100。由此，可进一步提高人造石墨的能量密度、循环寿命和倍率。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述粘结剂为选自煤沥青、石油沥青、中间相沥青、酚醛树脂、环氧树脂、石油树脂中的至少之一。由此，可进一步提高人造石墨的能量密度、循环寿命和倍率。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述粘结剂的软化点为50-300摄氏度。由此，可进一步提高人造石墨的能量密度、循环寿命和倍率。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(3)中，所述混合采用加热搅拌的方式进行，且所述加热搅拌的转速为5-100r/min，温度为250-750摄氏度，时间为1-6h。由此，可进一步提高人造石墨的能量密度、循环寿命和倍率。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(4)中，所述石墨化处理的温度为2400-3000摄氏度。由此，可进一步提高人造石墨的能量密度、循环寿命和倍率。在本专利技术的再一个方面，本专利技术提出了一种人造石墨，根据本专利技术的实施例，所述人造石墨是采用上述制备人造石墨的方法制备得到的。由此，该人造石墨具有能量密度高、循环寿命长和倍率性能好的优良品质，相对于采用现有方法制备的人造石墨，该人造石墨不仅容量得到提升，且能保持人造石墨原本的良好的充放电结构稳定性、较高的锂离子扩散系数等优点。在本专利技术的又一个方面，本专利技术提出了一种锂离子电池，根据本专利技术的实施例，所述锂离子电池的负极是采用上述人造石墨制备得到的。由此，通过采用上述能量密度高、循环寿命长和倍率性能好的人造石墨制备锂离子电池的负极，可降低负极的膨胀，同时可提高锂离子电池的容量、循环稳定性和倍率充放电性能。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的制备人造石墨的方法流程示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种制备人造石墨的方法，根据本专利技术的实施例，参考图1，该方法包括：S100：将针状前驱体进行破碎处理该步骤中，将针状前驱体进行破碎处理，得到D50为6-15μm的针状前驱体粉末。具体的，针状前驱体粉末的粒径可以为6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm，专利技术人发现，若针状前驱体粉末的粒径过小，不利于其与非针状前驱体形成大小搭配进而提升压实效果，同时针状前驱体粉末的粒径过小本身也会降低所制备人造石墨的压实，综合以上两点：针状前驱体的粒径过小会导致制备的人造石墨压实偏低，极片膨胀增大，从而导致制备的人造石墨能量密度降低；而针状前驱体粉末的粒径过大会导致制备的人造石墨的倍率性能下降较多。根据本专利技术的一个具体实施例，针状前驱体可以为选自石油系针状焦、煤系针状焦中的至少之一。专利技术人发现，选择石油系针状焦、煤系针状焦中的至少之一作为针状前驱体，所制备的人造石墨容量高、压实高，能够极大的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备人造石墨的方法，其特征在于，包括：(1)将针状前驱体进行破碎处理，以便得到D50为6‑15μm的针状前驱体粉末；(2)将非针状前驱体进行破碎处理，以便得到D50为3‑10μm的非针状前驱体粉末，且所述非针状前驱体粉末的粒径小于所述针状前驱体粉末的粒径；(3)将所述针状前驱体粉末与所述非针状前驱体粉末、粘结剂混合，以便得到混合物料；(4)将所述混合物料进行石墨化处理，以便得到人造石墨。

【技术特征摘要】
1.一种制备人造石墨的方法，其特征在于，包括：(1)将针状前驱体进行破碎处理，以便得到D50为6-15μm的针状前驱体粉末；(2)将非针状前驱体进行破碎处理，以便得到D50为3-10μm的非针状前驱体粉末，且所述非针状前驱体粉末的粒径小于所述针状前驱体粉末的粒径；(3)将所述针状前驱体粉末与所述非针状前驱体粉末、粘结剂混合，以便得到混合物料；(4)将所述混合物料进行石墨化处理，以便得到人造石墨。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述针状前驱体为选自石油系针状焦、煤系针状焦中的至少之一。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述非针状前驱体为纤维结构前驱体和/或镶嵌结构前驱体；任选的，在步骤(2)中，所述纤维结构前驱体为选自纤维结构石油焦、纤维结构沥青焦中的至少之一；任选的，在步骤(2)中，所述镶嵌结构前驱体为选自镶嵌结构石油焦、镶嵌结构沥青焦中的至少之一。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述针状前驱体粉末与所述非针状前驱体粉末的质量比为30-95：5-70，且所述针状前驱体粉末的质量大于...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚静君，吕豪杰，杨重科，张金涛，
申请(专利权)人：深圳鸿鹏新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44