【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种石墨负极材料及其制备方法、负极片和锂离子电池。
技术介绍
1、随着新能源技术的发展，锂离子电池的需求量在逐步攀升，2025年即将迈入twh时代，但同时也产生了大量的废旧锂离子电池。目前，人造石墨是锂离子电池负极材料的主流。人造石墨通常是以煤系针状焦及石油焦作为骨料、煤沥青为粘结剂，经配料、混捏、成型、炭化和高温石墨化等工序制备得到，由于该工艺需要进行石墨化，因此综合能耗也比较高。
2、石墨材料结构较稳定，其层间的结构是储锂的主要结构，根据碳材料的储锂的四个方式，对于容量要求不太高的应用场景可以使用一些富碳体作为锂离子电池的负极材料的原料。而废旧石墨电极材料中的铝用阳极、超高功率石墨电极和炼钢用接头电极中均含有较多碳，因此，如可以将上述废旧石墨电极作为的原料制备新的石墨负极材料，即对废料进行回收再利用，不仅可以减少资源浪费，还可减低因石墨化带来的能耗。
3、但铝用阳极、超高功率石墨电极和炼钢用接头电极等废旧电极材料不仅磁性物质含量超标，其表面还通常会附着较多的杂质、灰分等，并且上述电极是已经石墨化的碳材料，在块体粉碎之后会有一些新的表界面的出现，在使用过程中与电解液接触后可能会有的新的界面反应，极大地影响电池的电化学性能。现有技术中制备人造石墨时会选用包覆的方式来改善材料的界面反应，其中，包覆工艺和参数，例如包覆剂用量、粒径控制和包覆温度，以及被包覆物料的前处理方式均会影响制得的石墨负极材料的形貌和电化学性能。
4、因此，开发出一种利用废弃的石墨电极材料作为原料制备石墨负极材料
技术实现思路
1、本专利技术主要是为了克服现有技术中存在的以上缺陷，而提供了一种石墨负极材料及其制备方法、负极片和锂离子电池。本专利技术的石墨负极材料的制备方法以石墨电极废料为原料，可实现废物回收利用，减少资源浪费，减少能耗，且该方法能够改善石墨负极材料的表界面兼容性，由本专利技术的方法制得的石墨负极材在用作负极时具有较高的首次放电效率、首次放电容量以及优异的稳定性，可有效延长锂离子电池的使用寿命。
2、本专利技术主要是通过以下技术方案解决上述技术问题的。
3、本专利技术提供了一种石墨负极材料的制备方法，其包括以下步骤：
4、s1、对石墨电极废料进行辊压制得物料1；所述物料1的粒径满足d50：12-16μm；
5、s2、对步骤s1制得的物料1进行整形、除磁得物料2；所述物料2的粒径满足d50：12.5-16.5μm；
6、s3、对步骤s2制得的物料2进行包覆制得物料3，所述包覆的包覆剂为硬碳；所述包覆剂的用量为5-15％，百分比为包覆剂占物料2的质量百分比；所述硬碳的结焦值为10-14％；所述硬碳的软化点为100-150℃；所述物料3的粒径满足d50：13-17μm；所述包覆的温度为400-450℃；
7、s4、对步骤s3制得的物料3进行炭化即可制得所述石墨负极材料。
8、本专利技术中，所述物料2的形状可包括片状、球状和块状中的一种或多种，优选包括片状和/或块状。
9、本专利技术中，所述物料3的存在形式可包括单颗粒和/或二次颗粒，优选为单颗粒。
10、本专利技术中，步骤s1中，所述物料1的粒径满足d10：6-10μm。
11、步骤s1中，所述物料1的粒径满足d90＜35μm。
12、步骤s1中，所述辊压的设备优选为辊压磨。
13、步骤s1中，所述石墨电极废料包括铝用阳极、超高功率石墨电极和炼钢用接头电极中的一种或多种。
14、其中，所述电极废料的灰分优选为0.1％及以下，百分比为灰分占石墨电极废料的质量百分比。
15、本领域技术人员知晓，铝用阳极可分为铝用炭阳极和铝用石墨阳极；对于炼钢用接头电极，有采用金属cu材质，但出于成本和加工性考虑，也有部分采用石墨制造。因此，在本专利技术中，所述铝用阳极是指铝用石墨阳极，所述炼钢用接头电极分别是指以石墨为原料制造的接头电极。
16、本领域技术人员还知晓，根据电炉炼钢电功率水平的分级，并依据生产电极所用原料的不同和成品电极理化指标的区别，本领域内相应将石墨电极分为3个品种：普通功率石墨电极(rp)、高功率石墨电极(hp)和超高功率石墨电极(uhp)。因此，功率指的是石墨电极按每吨炉容的变压器容量，一般超高功率电炉为每吨炉容500～1200kv/a，而超高功率石墨电极允许使用电流密度大于25a/cm2。
17、本专利技术中，步骤s2中，所述物料2的粒径满足d10：6.5-10.5μm。
18、步骤s2中，所述物料2的粒径满足d90＜36μm。
19、步骤s2中，所述物料2的磁性元素的含量低于3ppm。其中，所述磁性元素为本领域常规的磁性元素，通常可包括cr、fe、co、zn和ni中的一种或多种。
20、步骤s2中，所述整形的设备优选为连续整形机或间歇式整形机。所述整形的目的是为了获得粒径在前述范围内的物料。
21、步骤s2中，所述除磁的设备优选为除磁机。所述除磁机的型号例如国产星源或进口大宝。所述除磁的目的是为了获得磁性元素含量在前述范围内的物料。
22、本专利技术中，步骤s3中，所述物料3的粒径满足d10：7-11μm。
23、步骤s3中，所述物料3的粒径满足d90＜37μm。
24、步骤s3中，所述包覆剂的用量优选为10％。
25、步骤s3中，所述硬碳的结焦值优选为12％。
26、步骤s3中，所述硬碳可包括酚醛树脂、淀粉和聚乙烯醇树脂(pva)中的一种或多种，优选为酚醛树脂。
27、步骤s3中，所述包覆的气氛可为惰性气体，优选为n2。
28、步骤s3中，所述包覆的温度优选为400℃。
29、步骤s3中，所述包覆之前还可包括将物料2与包覆剂进行预混合的步骤。
30、其中，所述预混合的气氛可为惰性气体，优选为n2。
31、步骤s3中，所述预混合的设备优选为混料机或低温热处理机。
32、本专利技术中，步骤s4中，所述炭化的温度可为900-1500℃，例如为1150℃。
33、步骤s4中，所述炭化的气氛可为惰性气体，优选为n2。
34、步骤s4中，所述炭化的设备优选为辊道窑、推板窑、回转窑或管式炉。
35、本专利技术一具体实施方式中，所述石墨负极材料的制备方法包括以下步骤：
36、s1、对石墨电极废料进行辊压制得物料1；所述物料1的粒径满足d50：12-16μm；所述石墨电极废料为超高功率石墨电极；
37、s2、对步骤s1制得的物料1进行整形、除磁得物料2；所述物料2的粒径满足d50：12.5-16.5μm；
38、s3、对步骤s2制得的物料2进行包覆制得物料3，所述包覆的包覆剂为酚醛树脂；所述包覆剂的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种石墨负极材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述物料2的形状包括片状、球状和块状中的一种或多种，优选包括片状和/或块状；
3.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述物料1的粒径满足D10：6-10μm；
4.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述硬碳的结焦值为12％；
5.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述辊压的设备为辊压磨；
6.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述炭化的温度为900-1500℃，例如为1150℃；
7.一种石墨负极材料，其特征在于，其采用如权利要求1-6中任一项所述的石墨负极材料的制备方法制得。
8.如权利要求7所述的石墨负极材料，其特征在于，所述石墨负极材料的压实密度为1.82-1.91g/cm3，例如为1.85g/cm3。
9.一种负极片，其特征在于，其包括如权利要求8所述的石墨负极材料。
...
【技术特征摘要】
1.一种石墨负极材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述物料2的形状包括片状、球状和块状中的一种或多种，优选包括片状和/或块状；
3.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述物料1的粒径满足d10：6-10μm；
4.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述硬碳的结焦值为12％；
5.如权利要求1所述的石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述辊压的设备为辊压磨；
...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴显宗，俞科，李王吉，
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：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。