人造石墨一次颗粒、复合石墨材料、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一次颗粒、复合石墨材料、制备方法和应用。该人造石墨一次颗粒的制备方法包括下述步骤：(1)碳材料经粉碎、分级制得前驱体A，所述前驱体A的粒径Dv50为5.0‑9.0μm；(2)所述前驱体A经过热处理制得前驱体B，所述热处理包括第一段热处理、第二段热处理和第三段热处理；所述第一段热处理的温度为400‑900℃；所述第二段热处理的温度为1000‑1500℃；所述第三段热处理的温度为2800℃以上；(3)所述前驱体B经分级处理，制得人造石墨一次颗粒。本发明专利技术制备的人造石墨一次颗粒粒径小、粒径分布窄，少量添加即可提高复合石墨材料的振实密度；制备方法简单，适用范围广。

【技术实现步骤摘要】
人造石墨一次颗粒、复合石墨材料、制备方法和应用
本专利技术涉及一种人造石墨一次颗粒、复合石墨材料、制备方法和应用。
技术介绍
目前，随着市场对消费类电子产品的要求越来越高，锂电池行业对石墨负极材料也提出了更高的要求，其能量密度、快充、高低温、循环膨胀、加工性能等多种指标均在同步升级，这对人造石墨材料的开发和工艺提出了更苛刻的要求。但是从石墨生产工艺考虑，人造石墨各项性能之间的提升存在矛盾点，比如，能量密度的提升可能会导致循环的恶化；快充性能的提升可能会导致能量密度的下降；循环膨胀性能的提升可能会导致加工性能的恶化等。在实际生产中，同样的材料，在不同的使用条件下，电池会表现出明显的不同。所以，有效提高材料的加工性能，对充分发挥材料在电池中的性能具有重要的意义。从材料角度分析，人造石墨颗粒本身的振实密度和剥离强度是表征其加工性能的重要指标，而提高材料的振实密度和剥离强度的方法是添加一定量的振实密度较高的一次颗粒，提高最终成品的振实密度。但是，一次颗粒的加入一般还会导致复合材料在循环过程中的膨胀，不利于电池长循环性能的稳定。专利文献CN1228872C公开的技术方案是将一次颗粒按照一定的比例添加到另一种二次颗粒中，其中，一次颗粒是天然石墨，Dv50为5.0-15.0μm，这种天然石墨一次颗粒的典型特征是球形度高，近似于球形。人造石墨二次颗粒通过造粒形成偏球形的形状，但是其本身是由不规则的小颗粒粘接而成，不可避免的存在很多棱角，这些棱角会降低材料的振实密度，虽然高振实密度的天然石墨一次颗粒的加入能够填充人造石墨二次颗粒中大的空隙，也能提高最终材料的振实密度，但是人造石墨二次颗粒的不同颗粒间仍然会有很多小的空隙存在，最终材料的振实密度在一定范围内的提升效果有限。专利文献CN110649256A将两种人造石墨，即一次颗粒和二次颗粒混合，制备了一种复合颗粒。其中一次颗粒的Dv50为6.5-12.5μm，二次颗粒的Dv50为18-30μm，最终复合颗粒的Dv50为12.5-13.5μm，振实密度在1.12-1.20g/cm3。但是这种复合颗粒的振实密度的提升，更多的是依靠一次颗粒的加入，而一次颗粒的加入量过多可能会影响复合颗粒本身的性能。此外，本领域技术人员均知，本身具有高振实特性的一次颗粒的加入虽然能够提高复合材料的振实密度，但是并不能高于其原有的振实密度。例如，一次颗粒A的振实密度为1.2g/cm3，二次颗粒B的振实密度为1.0g/cm3，混合后材料的振实密度为1.1g/cm3，混合后材料的振实密度低于一次颗粒A原有的振实密度。因此本领域技术人员亟需研发一种人造石墨一次颗粒，少量添加即可提高人造石墨负极材料的振实密度，同时这种人造石墨一次颗粒的制备方法简单，适用范围广。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于克服现有技术中复合材料通过加入一次颗粒提高振实密度，随之带来的复合材料膨胀，本身循环性能变差等缺陷，从而提供一种人造石墨一次颗粒、复合石墨材料、制备方法和应用。本专利技术制备人造石墨一次颗粒的方法简单易操作，得到的人造石墨一次颗粒少量添加即可显著提高复合材料的振实密度，同时具有适用范围广等优点。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：本专利技术提供一种人造石墨一次颗粒的制备方法，其包括以下步骤：(1)碳材料经粉碎、分级制得前驱体A，所述前驱体A的粒径Dv50为5.0-9.0μm；(2)所述前驱体A经过热处理制得前驱体B，所述热处理包括第一段热处理、第二段热处理和第三段热处理；所述第一段热处理的温度为400-900℃；所述第二段热处理的温度为1000-1500℃；所述第三段热处理的温度为2800℃以上；(3)所述前驱体B经分级处理，制得人造石墨一次颗粒。步骤(1)中，所述碳材料可为本领域常规，较佳地为针状焦，更佳地为石油针状生焦、煤系针状生焦、石油针状煅后焦和煤系针状煅后焦中的一种或多种。所述粉碎可使用本领域常规设备实现，较佳地为机械粉碎机。所述分级可使用本领域常规设备实现，较佳地为气流分级机。所述前驱体A的粒径Dv50较佳地为6.0-8.0μm，更佳地为7.0-8.0μm。步骤(2)中，所述第一段热处理的温度较佳地为500-800℃，更佳地为600-650℃。所述第一段热处理的升温速率可为2-8℃/min，较佳地为5℃/min。所述第一段热处理的作用是为了排除所述前驱体A中的挥发分。所述第二段热处理的温度较佳地为1100-1400℃，更佳地为1100-1200℃。所述第二段热处理的升温速率可为2-8℃/min，较佳地为5℃/min。所述第二段热处理的作用是增加石墨化装填密度，降低成本。所述第三段热处理的温度较佳地为3000℃以上，更佳地为3000-3200℃。所述第三段热处理的升温速率可为5～15℃/min，较佳地为10℃/min。所述第三段热处理的作用是实现材料的石墨化。步骤(3)中，所述分级处理可包括第一次分级处理和第二次分级处理。所述前驱体B经所述第一次分级处理后的粒径Dv50可为3.0-6.0μm，较佳地为4.0-6.0μm，更佳地为5.0-6.0μm。所述前驱体B经所述第二次分级处理后的粒径Dv10可为2.0-5.0μm，较佳地为3.0-4.0μm。所述前驱体B经所述第二次分级处理后的粒径Dv99可为10.0-15.0μm，较佳地为11.0-14.0μm，更佳地为13.0-14.0μm。本专利技术还提供一种由上述制备方法制得的人造石墨一次颗粒。所述人造石墨一次颗粒的振实密度可为大于0.90g/cm3，较佳地为0.90-0.95g/cm3，更佳地为0.92-0.95g/cm3。本专利技术还提供一种复合石墨材料，其包括上述人造石墨一次颗粒和二次颗粒。所述复合石墨材料中，所述人造石墨一次颗粒的添加量可为5-13％，较佳地为10％，百分数是指质量百分数。所述二次颗粒可为本领域常规。所述二次颗粒的振实密度可为0.85-0.95g/cm3，较佳地为0.90g/cm3。本专利技术还提供一种复合石墨材料的制备方法，其包括下述步骤，将上述人造石墨一次颗粒与二次颗粒混合，即可。所述二次颗粒如前所述。本专利技术还提供一种由前述复合石墨材料作为电极材料在锂离子电池中的应用。所述电极材料较佳地为负极材料。本专利技术还提供了一种电极，其包括前述复合石墨材料。所述电极较佳地为负极。本专利技术还提供了一种锂离子电池，其包括前述电极。在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本专利技术各较佳实例。本专利技术所用试剂和原料均市售可得。本专利技术的积极进步效果在于：1.本专利技术制备的人造石墨一次颗粒粒径小、粒径分布窄，与二次颗粒混配后可显著提高复合石墨材料的振实密度，且提升比例大；该人造石墨一次颗粒与二次颗粒混合可以起到协同作用，制备的复合石墨材料的振实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人造石墨一次颗粒的制备方法，其包括下述步骤：/n(1)碳材料经粉碎、分级制得前驱体A，所述前驱体A的粒径Dv50为5.0-9.0μm；/n(2)所述前驱体A经过热处理制得前驱体B，所述热处理包括第一段热处理、第二段热处理和第三段热处理；/n所述第一段热处理的温度为400-900℃；/n所述第二段热处理的温度为1000-1500℃；/n所述第三段热处理的温度为2800℃以上；/n(3)所述前驱体B经分级处理，制得人造石墨一次颗粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种人造石墨一次颗粒的制备方法，其包括下述步骤：
(1)碳材料经粉碎、分级制得前驱体A，所述前驱体A的粒径Dv50为5.0-9.0μm；
(2)所述前驱体A经过热处理制得前驱体B，所述热处理包括第一段热处理、第二段热处理和第三段热处理；
所述第一段热处理的温度为400-900℃；
所述第二段热处理的温度为1000-1500℃；
所述第三段热处理的温度为2800℃以上；
(3)所述前驱体B经分级处理，制得人造石墨一次颗粒。


2.如权利要求1所述的人造石墨一次颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳材料为针状焦；
和/或，所述粉碎使用机械粉碎机实现；
和/或，所述分级使用气流分级机实现；
和/或，所述前驱体A的粒径Dv50为6.0-8.0μm，较佳地为7.0-8.0μm。


3.如权利要求1所述的人造石墨一次颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述第一段热处理的温度为500-800℃，较佳地为600-650℃；
和/或，所述第一段热处理的升温速率为2-8℃/min，较佳地为5℃/min；
和/或，所述第二段热处理的温度为1100-1400℃，较佳地为1100-1200℃；
和/或，所述第二段热处理的升温速率为2-8℃/min，较佳地为5℃/min；
和/或，所述第三段热处理的温度为3000℃以上，较佳地为3000-3200℃；
和/或，所述第三段热处理的升温速率为5～15℃/min，较佳地为10℃/min。


4.如权利要求1所述的人造石墨一次颗粒的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述分级处理包括第一次分级处理和第二次分级处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：何坤，
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：浙江;33