【技术实现步骤摘要】
本申请涉及电池材料，尤其涉及一种人造石墨材料及其制备方法、锂离子电池负极材料和锂离子电池。
技术介绍
1、随着锂电池在新能源汽车等领域的应用数量的迅速扩大，锂电池中所使用的常规人造石墨的原材料——焦类原料(针状焦、石油焦等)的供应越来越紧张，随之而来的是焦类原料价格的上涨。然而，在锂电池中使用焦类原料制备的常规人造石墨材料时，为了满足电池的快充性能、低温性能等需求，必须还要对人造石墨材料采用造粒、包覆碳化等工序进一步加工得到，这就大大提高了产品的制作成本；而且造粒、包覆碳化等工序虽然可以提升快充性能和低温性能，但对电池的高温性能不利。因此，目前市面上的人造石墨产品，无法兼顾快充性能、低温性能和高温性能。
2、如果采用非常规人造石墨原料，也就是非焦类原料，来制备人造石墨，因为这些原料中的灰分含量高，使用常规的人造石墨制造工艺，无法制备得到低比表、高首效的人造石墨产品。而若对这些原料进行灰分提纯处理，例如采用化学纯化的方法进行提纯，这种提纯方法虽然能够有效降低灰分，从而降低比表面积、提升首效，但是会造成成本的大幅增加。因此，急需找到一种能解决人造石墨产品性能无法得到兼顾，且制作成本高的方案。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种人造石墨材料及其制备方法、锂离子电池负极材料和锂离子电池。本申请通过使用非焦类原料，利用新型的人造石墨加工工艺路线，得到了一种非常规的人造石墨材料，其孔量因子较大，有利于电解液的浸润及锂离子的多通道传输，能够大规模用于锂离子电池负极中，且锂电池
2、为实现以上目的，本申请的技术方案如下：
3、第一方面，本申请提供一种人造石墨材料，其孔量因子2≤k≤4。
4、结合第一方面，在一些实施方式中，所述人造石墨材料的孔分布深度因子0.8≤r≤1.2。
5、在一些实施方式中，所述人造石墨材料的石墨层间距0.336nm≤d002≤0.3375nm。
6、在一些实施方式中，所述人造石墨材料的比表面积为0.5g/m2-1.6g/m2。
7、在一些实施方式中，每100g的所述人造石墨材料的吸油值为45ml-60ml。
8、第二方面，本申请提供一种人造石墨材料的制备方法，包括如下步骤：
9、将非焦类原料与灰分溶解剂进行混合，得到混合料；
10、将混合料进行石墨化处理，得到所述人造石墨材料；
11、所述灰分溶解剂包括含硼化合物。
12、结合第二方面，在一些实施方式中，所述含硼化合物包括硼酸和氧化硼中的至少一种。
13、在一些实施方式中，所述非焦类原料包括为烟煤、无烟煤和焦炭中的至少一种。
14、在一些实施方式中，所述非焦类原料中灰分的质量占比为1％-15％。
15、在一些实施方式中，所述非焦类原料与所述灰分溶解剂的质量比为(90：10)-(99.9：0.1)。
16、在一些实施方式中，所述进行混合之前，还包括：将所述非焦类原料加工为粉末状原料。
17、进一步地，所述粉末状原料的粒径d50为3μm-25μm。
18、进一步地，所述加工包括粉碎处理、整形处理、分级处理中的至少一种。
19、在一些实施方式中，所述石墨化处理的氛围包括真空氛围或保护性气体氛围。
20、在一些实施方式中，所述保护气体氛围包括氩气、氮气、氦气和氖气中的至少一种。
21、在一些实施方式中，所述石墨化处理包括：从室温下逐渐升温至2400℃-2600℃，然后保温≥72h。
22、在一些实施方式中，所述石墨化处理时的升温过程分为2-4个升温阶段，相邻的两个升温阶段设置不同的升温速率，每个升温阶段的升温速率分别为0.2℃/min-3℃/min。
23、在一些实施方式中，所述石墨化处理之前还包括：进行碳化处理。
24、进一步地，所述碳化处理的温度为600℃-1500℃，保温时间为2h-6h。
25、进一步地，所述碳化处理的氛围包括真空氛围或保护性气体氛围。
26、在一些实施方式中，所述石墨化处理之后，还包括对所述人造石墨材料进行筛分处理；
27、所述筛分得到的人造石墨的粒径d50为5μm-25μm。
28、第三方面，本申请提供一种锂离子电池负极材料，该锂离子电池负极材料包括第一方面所述的人造石墨材料或者第二方面所述的制备方法制备得到的人造石墨材料。
29、第四方面，本申请还提供一种锂离子电池，包括第三方面所述的锂离子电池负极材料。
30、本申请的有益效果：
31、本申请的人造石墨材料与常规工艺中的使用石油焦原料制备的人造石墨材料相比，孔量因子相比更大，也就表明该人造石墨材料有利于电解液的浸润及锂离子的多通道传输。因此，将该人造石墨材料作为锂离子电池的负极材料，并运用于电池中时，锂离子电池的电化学性能优异。
32、相比于现有技术中常见的降低焦类原料中灰分的工艺方法，如化学纯化等方法，本申请的人造石墨制备方法中使用了灰分溶解剂，它可以与非焦类原料中的灰分物质发生原位反应，来降低焦类原料中的灰分物质，使得制备工艺的成本得到大幅降低。具体的，因为非焦类原料中的灰分物质并非是在石墨化转变的温度下，才从石墨颗粒内部以金属/非金属氧化物大分子或其他金属/非金属化合物大分子的形式挥发，而是在低于原料石墨化转变的温度下(也就是在还未发生石墨化转变时)，就已经被原位溶解出来，那么当原料发生石墨化转变的时候，此时原本被灰分物质占据的位置早已空出来，进而石墨化转变过程中的c原子在高温的作用下反复重排，可以填补这些空出来的位置，使得最终得到的人造石墨材料的孔隙显著减少，材料的比表面积显著降低，将该人造石墨材料作为锂离子电池的负极材料，并用于锂离子电池中时，电池的首效显著提升。
33、进一步地，因为灰分溶解剂的使用，在制备人造石墨时无需进行常规人造石墨必须经过的2600-3200℃高温石墨化，而只需在2400℃-2600℃下进行石墨化即可，在该温度下进行石墨化所得的人造石墨还处于未完全石墨化的状态，石墨层间距较常规人造石墨更大。因此，将本申请制备的人造石墨材料作为锂离子电池的负极材料，并用于锂离子电池中时，电池中的锂离子嵌脱过程对其造成的膨胀较小，这对电池的循环性能有利。
34、进一步地，因为原料中的灰分物质在原料内部分布均匀，虽然使用灰分溶解剂可达到大量减少灰分物质留下的孔隙的目的，但是这并不会完全消除孔隙，也不会改变孔隙在石墨内部的分布情况，因此，得到的人造石墨材料的孔量因子和孔分布深度因子较大，有利于电解液的浸润及锂离子的多通道传输。因此，将该人造石墨材料作为锂离子电池的负极材料，并运用于电池中时，锂离子电池的高低温性能和倍率性能优异。
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1.一种人造石墨材料，其特征在于，所述人造石墨材料的孔量因子2≤K≤4。
2.根据权利要求1所述的人造石墨材料，其特征在于，满足以下条件a-d中的至少一个：
3.一种人造石墨材料的制备方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的人造石墨材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件e-h中的至少一个：
5.根据权利要求3所述的人造石墨材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件i-k中的至少一个：
6.根据权利要求3所述的人造石墨材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件l-o中的至少一个：
7.根据权利要求3所述的人造石墨材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件p-r中的至少一个：
8.根据权利要求3-7任一项所述的人造石墨材料的制备方法，其特征在于，所述石墨化处理之后，还包括对所述人造石墨材料进行筛分处理；
9.一种锂离子电池负极材料，其特征在于，所述锂离子电池负极材料包括权利要求1或2所述的人造石墨材料，或者权利要求3-8任一项所述的人造石墨材料的制备方法制备得到的人造石墨材料。>
10.一种锂离子电池，其特征在于，其原料包括权利要求9所述的锂离子电池负极材料。
...【技术特征摘要】
1.一种人造石墨材料，其特征在于，所述人造石墨材料的孔量因子2≤k≤4。
2.根据权利要求1所述的人造石墨材料，其特征在于，满足以下条件a-d中的至少一个：
3.一种人造石墨材料的制备方法，其特征在于，包括：
4.根据权利要求3所述的人造石墨材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件e-h中的至少一个：
5.根据权利要求3所述的人造石墨材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件i-k中的至少一个：
6.根据权利要求3所述的人造石墨材料的制备方法，其特征在于，满足以下条件l-o中的至...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘福静，李豪君，刘若琦，李子坤，任建国，贺雪琴，
申请(专利权)人：贝特瑞新材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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