【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于人造石墨，涉及一种石墨材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、锂离子电池作为电源在便携式电子产品中占主导地位，渗透到电动汽车市场，并且即将进入电网储能公用事业市场。而石墨具有良好的电导率和锂离子嵌入/脱出性能，是商用锂离子电池占比最高、商业化程度最广的负极材料。
2、但石墨的微观结构决定了其理论储锂容量仅为372mahg-1，使得电极的能量密度和循环稳定性等受到了极大制约。元素掺杂在一定程度上能够显著提高石墨类负极材料的储锂容量，具备极好的理论和实际研究潜力。但目前条件下，实现掺杂元素原子以及化合物在石墨负极材料上均匀分布的工艺不够成熟，并且掺杂后负极材料性能稳定性难以保证，因此，寻找操作简单、负载均匀、有效的元素掺杂方法与工艺至关重要。
3、非碳元素掺杂到石墨中可以改变石墨的电子状态，使其更容易得电子，从而进一步增加li+的嵌入量。int.j.mol.sci.2021,22,9918.以三聚氰胺和n2热解为氮源，获得了氮掺杂的淀粉基碳气凝胶。结果表明，n掺杂对马铃薯淀粉碳气凝胶的电化学性能有显著影响。通过在碳结构中掺杂氮产生了额外数量的活性位点，这进一步提高了锂的插入性能。此外，n掺杂促进了电子电导率，提高了电极的动力学性能以及电荷转移输运和li+的结合能力，从而增加了锂的存储容量。但是此种方法成本效益低，不适于规模化量产。
4、adv.mater.interfaces 2018,5,1701261.采用一般的湿化学方法成功合成了氮和卤素(包括cl、br和i)双掺杂石墨烯，双掺
5、因此，如何高效提升掺杂元素的均匀负载，保证石墨材料性能的稳定提升，降低生产成本仍是目前研究的重点。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种石墨材料及其制备方法和应用，本专利技术将溶剂热反应和喷雾干燥处理有机结合，极大地提升原子掺杂的均匀性，并结合热固化处理，有效提高了石墨材料的稳定性和电化学性能。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种石墨材料的制备方法，包括如下步骤：
4、s1、将生物质进行炭化、石墨化，得到石墨化产物；
5、s2、将步骤s1制备的石墨化产物与聚磷酸铵进行溶剂热反应，得到掺杂石墨；
6、s3、将步骤s2制备的掺杂石墨干燥后，进行热固化处理，得到所述石墨材料；
7、其中，步骤s3中所述热固化处理的条件为：温度140-160℃，反应时间1-3h。
8、本专利技术步骤s3中所述干燥为喷雾干燥，控制含水量为不超过2.0％。
9、本专利技术步骤s1具有至少如下特征之一：
10、(1)所述生物质为玉米芯、秸秆和果壳中的至少一种；
11、(2)所述生物质的d50为400-800μm；
12、(3)所述炭化的条件为：碳化温度为400-900℃，碳化时间为5-24h；
13、(4)所述石墨化的条件为：温度为2000-3000℃，时间为10-48h；
14、(5)所述石墨化产物的d50为5-18μm。
15、本专利技术步骤s2具有至少如下特征之一：
16、(1)所述溶剂热反应的条件为：反应温度为100-120℃，反应时间为2-10h，搅拌速度为500-1000rpm；
17、(2)所述石墨化产物与聚磷酸铵的质量比为1000:0.1-1000:10，所述溶剂热反应中体系固含量为20-30％。
18、在一些具体的实施例中，所述石墨化产物与聚磷酸铵的质量比优选为100:1-200:1。
19、本专利技术所述的制备方法，还包括除磁和筛分。
20、优选地，所述石墨材料筛分后的d50为12-18μm。
21、第二方面，本专利技术提供所述的制备方法制备得到的石墨材料。
22、优选地，本专利技术所述的石墨材料中氮含量为0.03质量％-0.54质量％，磷含量为0.04质量％-0.69质量％。
23、第三方面，本专利技术提供所述的石墨材料在电池中的应用。
24、本专利技术所述的石墨材料可作为负极材料应用于制备电池的负极片。
25、第四方面，本专利技术提供一种负极片，包括所述的石墨材料。
26、优选地，所述的负极片，还包括炭黑和粘结剂。
27、第五电池，本专利技术提供一种电池，包含所述的石墨材料。
28、本专利技术的有益效果为：
29、(1)本专利技术以废弃生物质为原料，原料低成本，可再生，环境友好，且掺杂剂无毒害、可降解、生产安全性高。
30、(2)本专利技术以氮磷无机盐为掺杂剂，实现双原子掺杂；双原子掺杂产生协同效应，改变石墨的微观结构和电子状态，并扩大层间距从而提升其储锂容量，有效地提高了石墨的倍率性能和循环稳定性。
31、(3)在本专利技术实验过程中，意外发现，聚磷酸铵掺杂提高了石墨表面的亲水性能，明显提高其在水中的分散性，有利于石墨在后续浆料制备过程中实现均匀分散。
32、(4)本专利技术将溶剂热反应和喷雾干燥处理有机结合，极大地提升原子掺杂的均匀性，实现杂原子的均匀负载，并结合热固化处理，有效提高了石墨材料的稳定性和电化学性能。
33、(5)以本专利技术制备得到的石墨材料组装得到的锂离子电池具有优异的电化学性能，循环300次后容量保持率≥96％，最高可达97.12％，并具有优异的快充性能。
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1.一种石墨材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述干燥为喷雾干燥，含水量控制为不超过2.0％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述热固化处理的条件为：温度140-160℃，反应时间1-3h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1具有至少如下特征之一：
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2具有至少如下特征之一：
6.权利要求1-5任一项所述的制备方法制备得到的石墨材料。
7.根据权利要求7所述的石墨材料，其特征在于，所述石墨材料中氮含量为0.03质量％-0.54质量％，磷含量为0.04质量％-0.69质量％。
8.权利要求7或8任一项所述的石墨材料在电池中的应用。
9.一种负极片，其特征在于，包括权利要求7或8任一项所述的石墨材料。
10.电池，其特征在于，包含权利要求7或8任一项所述的石墨材料。
【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：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述干燥为喷雾干燥，含水量控制为不超过2.0％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s3中所述热固化处理的条件为：温度140-160℃，反应时间1-3h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1具有至少如下特征之一：
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2具有至...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜宁，李雨情，请求不公布姓名，岳敏，
申请(专利权)人：云南中晟新材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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