石墨材料及其制备方法、电池负极和电池技术

本发明专利技术公开一种石墨材料及其制备方法、电池负极和电池，其中，所述石墨材料的制备方法，包括如下步骤：S1：将生物质原料经粉碎研磨处理至预设粒径，而后进行烘干处理，得到生物质预处理料；S2：对所述生物质预处理料进行水热碳化处理，得到水热焦碳料；S3：对所述水热焦炭料进行石墨化处理，得到石墨材料。本发明专利技术技术方案通过将生物质材料进行水热碳化处理后，再进行石墨化处理，解决了现有技术中生物质材料难石墨化的问题。由本发明专利技术的制备方法所制得的石墨材料具有球状或类球状形貌，其分布规整、孔隙率高、快充性能优异，将其应用于电池中作为电池负极时具有较佳的倍率性能。为电池负极时具有较佳的倍率性能。为电池负极时具有较佳的倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
石墨材料及其制备方法、电池负极和电池


[0001]本专利技术涉及负极材料
，尤其涉及石墨材料及其制备方法、电池负极和电池。

技术介绍

[0002]随着人们对乘用车智能化、功能化的要求日益提高，电动汽车已成为人们未来的偏向。目前车用锂离子电池倍率性能已达到4～6C，快充技术的发展急需新材料的引入。
[0003]目前，商业使用的锂离子电池负极材料主要均一中间相碳微球(MCMB)和天然石墨等碳材料为主，但天然石墨具有各向异性，导致其与电解液兼容性差，首次充放电过程中不可逆容量损失较大，尤其是比表面积较大的微晶石墨。与天然石墨相比，人造石墨可以达到各向同性，具有较高的放电比容量、首次库伦效率等电化学性能。目前人造石墨负极材料主要为石油系焦、煤系焦等石油化工产品经粉碎、石墨化及碳包覆后制成。由于粉碎工序颗粒形貌不规则，制得的石墨材料形貌差，比表面积高，振实低，在涂布过程中极大地降低了负极材料的能量密度，且在充放电过程中石墨边缘易与锂离子形成碳层边缘嵌锂，不利于循环。
[0004]生物质材料来源广、体量大、污染小、可再生、低成本，是理想的碳源。近年来，研究人员对不同生物质材料进行了电化学性能研究，由于其本身难以石墨化，且制得的石墨材料依旧存在低产率、结构不规则等问题，极大的限制了石墨材料的应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的是提出一种石墨材料的制备方法，旨在解决现有技术中生物质材料难石墨化、产率低以及产物结构不规则的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提出的石墨材料的制备方法，包括如下步骤：
[0007]S1：将生物质原料经粉碎研磨处理至预设粒径，而后进行烘干处理，得到生物质预处理料；
[0008]S2：对所述生物质预处理料进行水热碳化处理，得到水热焦碳料；
[0009]S3：对所述水热焦炭料进行石墨化处理，得到石墨材料。
[0010]在一实施例中，所述S3的具体步骤为：向所述水热焦炭料中加入掺杂剂并混合均匀，而后再进行石墨化处理，得到石墨材料，所述掺杂剂为含有N元素的化合物。
[0011]在一实施例中，在所述S3中，所述水热焦炭料与所述掺杂剂的重量比为1：(0.01
‑
0.1)。
[0012]在一实施例中，所述掺杂剂包括三聚氰胺、硫酸铵、氯化铵、碳酸氢铵中的任意一种。
[0013]在一实施例中，所述S2的具体步骤为：按重量比计，将所述生物质预处理料与水、醇或醇水混合液按(0.01
‑
1)：1混合搅拌均匀，然后倒入反应釜中进行水热反应，而后进行反应后处理，得到水热焦炭料。
[0014]在一实施例中，所述反应后处理的具体步骤为：将反应物冷却后进行真空抽滤，而后依次进行洗涤、离心、干燥处理。
[0015]在一实施例中，在所述S1中，所述预设粒径为100um
‑
400um。
[0016]本专利技术还提出一种由上述的制备方法制得的石墨材料。
[0017]本专利技术还提出一种电池负极，包括上述的石墨材料。
[0018]本专利技术还提出一种电池，包括上述的电池负极。
[0019]本专利技术技术方案通过将生物质材料进行水热碳化处理，再进行石墨化处理，解决了现有技术中生物质材料难石墨化的问题。在本专利技术技术方案中，通过将难石墨化的生物质预处理料先转化成易石墨化的水热焦炭料，然后再对水热焦炭料进行石墨化处理，提高了生物质原料的转化率。本专利技术的制备方法使用生物质原料作为碳源，原料来源广泛且易得；且制备工艺简单、制备条件温和，适合工业化生产。由本专利技术的制备方法所制得的石墨材料具有规则的球状或类球状形貌，其分布规整、孔隙率高、快充性能优异，将其应用于电池中作为电池负极时具有较佳的性能优势。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0021]图1是本专利技术实施例2制备的石墨材料的扫描电子显微镜(SEM)照片；
[0022]图2是本专利技术实施例2制备的石墨材料的粒径分布图；
[0023]图3是本专利技术实施例2制备的石墨材料的场发射扫描电子显微镜(FESEM)数据图；
[0024]图4是本专利技术对比例1制备的石墨材料的扫描电子显微镜(SEM)照片。
[0025]本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]本文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0028]本文中“包括”、“包含”、“含”、“含有”、“具有”或其它变体意在涵盖非封闭式包括，这些术语之间不作区分。术语“包含”是指可加入不影响最终结果的其它步骤和成分。术语“包含”还包括术语“由
…
组成”和“基本上由
…
组成”。本专利技术的组合物和方法/工艺包含、由其组成和基本上由本文描述的必要元素和限制项以及本文描述的任一的附加的或任选的成分、组分、步骤或限制项组成。
[0029]在说明书和权利要求书中使用的涉及组分量、工艺条件等的所有数值或表述在所有情形中均应理解被“约”修饰。涉及相同组分或性质的所有范围均包括端点，该端点可独立地组合。由于这些范围是连续的，因此它们包括在最小值与最大值之间的每一数值。还应理解的是，本申请引用的任何数值范围预期包括该范围内的所有子范围。
[0030]另外，如无特殊说明，本说明书中的术语的含义与本领域技术人员一般理解的含义相同，但如有冲突，则以本说明书中的定义为准。
[0031]本专利技术提出一种石墨材料的制备方法。
[0032]在本专利技术实施例中，该制备方法包括如下步骤：
[0033]S1：将生物质原料经粉碎研磨处理至预设粒径，而后进行烘干处理，得到生物质预处理料。
[0034]所述生物质原料为制备石墨材料常用的生物质材料，在此不做特别限定，作为举例，所述生物质原料可为水稻秸秆、玉米秸秆、玉米棒或花生壳等。所述预设粒径为100um
‑
400um，即所述预设粒径为100um、200um、400um或它们之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将生物质原料经粉碎研磨处理至预设粒径，而后进行烘干处理，得到生物质预处理料；S2：对所述生物质预处理料进行水热碳化处理，得到水热焦碳料；S3：对所述水热焦炭料进行石墨化处理，得到石墨材料。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述S3的具体步骤为：向所述水热焦炭料中加入掺杂剂并混合均匀，而后再进行石墨化处理，得到石墨材料，所述掺杂剂为含有N元素的化合物。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述S3中，所述水热焦炭料与所述掺杂剂的重量比为1：(0.01
‑
0.1)。4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述掺杂剂包括三聚氰胺、硫酸铵、氯化铵、碳酸氢铵中的任意一种。5.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜宁，杜娇娇，孙宁，李进，
申请(专利权)人：浙江锂宸新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：