包覆改性石墨材料及其制备方法、应用和锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种包覆改性石墨材料及其制备方法、应用和锂离子电池。所述制备方法包括：(1)将石墨和沥青混合，加热至沥青的软化点以上，在搅拌下保温，冷却，得到前驱体A；(2)将所述前驱体A在含氧气氛中、250～550℃下进行热处理，得到前驱体B；(3)将所述前驱体B进行碳化得到包覆改性石墨材料。本发明专利技术提供的包覆改性石墨材料能够被电解液更好地润湿，降低锂离子在石墨材料中的扩散阻力，用本发明专利技术制备的石墨材料作为负极材料的锂离子电池，具有良好的快速充电性能、循环性能和低温充放电性能。循环性能和低温充放电性能。循环性能和低温充放电性能。

【技术实现步骤摘要】
包覆改性石墨材料及其制备方法、应用和锂离子电池


[0001]本专利技术涉及一种包覆改性石墨材料及其制备方法、应用和锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命、无记忆效应及绿色环保等特点得到广泛应用。目前社会普遍存在充电焦虑问题，但市场上的锂离子电池很难满足大电流充电要求。
[0003]为克服锂离子电池快充性能差的缺陷，目前存在对石墨负极材料进行改性处理技术。专利CN201410787061.7采用沥青包覆石墨、高温石墨化制备了快充石墨锂离子电池负极材料。该方法在石墨表面包覆的沥青经过高温石墨化转变成石墨炭，性能与本体石墨接近，故而倍率性能提升有限，不足以满足快充要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是为了克服现有技术中锂离子电池快充性能差的缺陷，提供了一种包覆改性石墨材料及其制备方法、应用和锂离子电池。采用本专利技术提供的包覆改性石墨材料制备的锂离子电池具备良好的快充性能、循环性能和低温充放电性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种包覆改性石墨材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0007](1)将石墨和沥青混合，加热至沥青的软化点以上，在搅拌下保温，冷却，得到前驱体A。
[0008](2)将所述前驱体A在含氧气氛中、250～550℃下进行热处理，得到前驱体B。
[0009](3)将所述前驱体B进行碳化得到包覆改性石墨材料。
[0010]步骤(1)中，所述石墨可为本领域常规的天然石墨或人造石墨。
[0011]所述石墨的粒径D50可为5～25μm，较佳地为7～15μm；
[0012]所述人造石墨可为本领域常规方法制得。
[0013]步骤(1)中，所述沥青的软化点可以为100℃～300℃，较佳地为200～300℃。
[0014]所述沥青的粒径D50可以为3～30μm，较佳地为3～15μm。
[0015]所述沥青的粒径可以由本领域常规粉碎方法来实现，例如机械粉碎、气流粉碎、球磨等。
[0016]步骤(1)中，所述石墨和所述沥青的质量比可为(3～99):1，较佳地为(19～4):1；
[0017]步骤(1)中，所述混合可以为本领域常规混合方式，例如机械混合和/或机械融合。
[0018]所述机械混合的设备可为本领域常见混料设备，较佳地为V型双螺带混合机。
[0019]所述机械混合的转速可为100～500转/分钟，较佳地为200转/分钟。
[0020]所述机械混合的时间可为10～100分钟，较佳地为30分钟。
[0021]所述机械融合的设备可为本领域常规的融合机。
[0022]所述机械融合的转速可为200～800转/分钟，较佳地为500转/分钟。
[0023]所述机械融合的时间可为10～100分钟，较佳地为30分钟。
[0024]较佳地，所述混合可包括先进行机械混合，再进行机械融合。
[0025]在一较佳的实施方案中，先以200转/分钟的转速进行机械混合，所述机械混合的时间为30分钟；再以500转/分钟的转速进行机械融合，所述机械融合的时间为30分钟。
[0026]步骤(1)中，较佳地，加热至所述沥青的软化点以上30～100℃，更佳地为所述沥青的软化点以上50～80℃。
[0027]所述加热的设备可以为各种满足实验温度、搅拌需求的加热设备，较佳地为电加热螺带式混合机。
[0028]步骤(1)中，所述保温的时间可为1～6h，较佳地为2～4h。
[0029]步骤(1)中，所述冷却可为本领域常规降温方式，较佳地为自然降温冷却。
[0030]步骤(2)中，所述含氧气氛是指气氛中含有氧气和/或臭氧。所述含氧气氛的氧含量可为15～100％，所述氧含量是指氧气和/或臭氧所占的体积百分比。
[0031]所述含氧气氛可以是空气、空气与氧气、空气与惰性气体、氧气与惰性气体、氧气、臭氧、臭氧与空气，或者臭氧与惰性气体。
[0032]所述含氧气氛较佳地为空气或氧气。
[0033]所述含氧气氛的流量可为0.01～5L/(kg
·
min)，较佳地为0.3～2L/(kg
·
min)。
[0034]步骤(2)中，所述热处理的温度较佳地为250～350℃。
[0035]所述热处理的时间可为1～100小时，较佳地为2～12小时。
[0036]所述热处理的加热方式可为本领域常规加热方式，具体地可以为恒温加热、持续升温加热或阶梯式升温加热。
[0037]当所述热处理的加热方式为持续升温加热时，升温速率较佳地为2～10℃/h。
[0038]其中，所述阶梯式升温加热是指升温
‑
恒温间隔进行的温度控制方式。当所述热处理的方式为阶梯式升温加热时，所述热处理较佳地包括：
[0039]a.第一段热处理：采用0.5～2.5℃/min升温速率，升温到220～300℃，保温时间1～6h；
[0040]b.第二段热处理：采用0.5～2.5℃/min升温速率，升温到280～330℃，保温时间0～6h；
[0041]所述第二段热处理的温度比所述第一段热处理的温度高10～100℃。
[0042]步骤(2)中所述热处理可以在本领域常规加热设备中进行，具体地，可以为静态窑炉、动态窑炉或电加热混合机或其他能满足要求的加热设备，较佳地为电加热混合机，更佳地为电加热螺带式混合机。
[0043]当所述热处理在所述电加热混合机中进行时，所述物料在所述电加热混合机内运行的线速度为0.1～3m/s，较佳地为0.6～1.2m/s。
[0044]步骤(3)中，所述碳化可采用本领域常规方法在本领域常规的设备中进行，例如气氛炉。
[0045]具体地，所述碳化的加热方式可以为恒温加热、持续升温再保温加热或阶梯式升温加热。
[0046]所述碳化的温度可为900～1500℃，较佳地为900～1200℃。
[0047]所述碳化的时间可为1～10小时。
[0048]当所述碳化的方式为持续升温再保温碳化时，升温速度可为1～5℃/min，终温可为900～1500℃，较佳地为900～1200℃，所述保温的时间可为1～6小时。
[0049]步骤(3)中，较佳地，所述碳化在惰性气体气氛、氮气气氛或真空中进行。其中，所述惰性气体气氛或所述氮气气氛的流量可为0.01～1L/(Kg min)，较佳地为0.05L/(Kg min)。
[0050]本专利技术还提供一种包覆改性石墨材料，其根据上述包覆改性石墨材料的制备方法得到的。
[0051]本专利技术还提供一种锂离子电池，所述锂离子电池的负极材料包括上述的包覆改性石墨材料。
[0052]本专利技术还提供一种上述包覆改性石墨材料作为负极材料在锂离子电池中的应用。
[0053]在符合本领域常识本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包覆改性石墨材料的制备方法，其包括如下步骤：(1)将石墨和沥青混合，加热至沥青的软化点以上，在搅拌下保温，冷却，得到前驱体A；(2)将所述前驱体A在含氧气氛中、250～550℃下进行热处理，得到前驱体B；(3)将所述前驱体B进行碳化得到包覆改性石墨材料。2.如权利要求1所述的包覆改性石墨材料的制备方法，其特征在于，所述石墨的粒径D50为5～25μm，较佳地为7～15μm；和/或，所述沥青的软化点为100℃～300℃，较佳地为200～300℃；和/或，所述沥青的粒径D50为3～30μm，较佳地为3～15μm；和/或，所述石墨和所述沥青的质量比为(3～99):1，较佳地为(19～4):1。3.如权利要求1所述的包覆改性石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述混合包括机械混合和/或机械融合；较佳地，所述机械混合的转速为100～500转/分钟，较佳地为200转/分钟；较佳地，所述机械混合的时间为10～100分钟，较佳地为30分钟；较佳地，所述机械融合的转速为200～800转/分钟，较佳地为500转/分钟；较佳地，所述机械融合的时间为10～100分钟，较佳地为30分钟；较佳地，所述混合包括先进行机械混合，再进行机械融合。4.如权利要求1所述的包覆改性石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，加热至所述沥青的软化点以上30～100℃，较佳地为所述沥青的软化点以上50～80℃；和/或，所述保温的时间为1～6h，较佳地为2～4h。5.如权利要求1所述的包覆改性石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述含氧气氛的氧含量为15～100％；和/或，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兵帅，潘福森，范拯华，
申请(专利权)人：宁波杉杉新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：