[发明专利]石墨负极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及碳材料领域，公开了一种石墨负极材料及其制备方法与应用。该石墨负极材料具有以下特征：(1)所述石墨负极材料的总孔体积≤0.02cm³/g；(2)所述石墨负极材料中，孔径≤2nm的微孔的孔体积与所述石墨负极材料的总孔体积之比≥30％；(3)所述石墨负极材料的表面硅的含量为0.27‑1wt％。该石墨负极材料的结构致密，该石墨负极材料中的孔体积较低，并且该石墨负极材料中微孔所提供的孔体积含量较高，包含该负极材料的电池具有高的充放电容量和首次库伦效率以及快充能力优异，并且制备方法工艺简单、成本低。

技术领域

本发明涉及碳材料领域，具体涉及一种石墨负极材料及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池负极主要是碳材料，包括无定形碳、天然石墨和人造石墨。石墨具有规则层状结构和优异导电性，其理论比容量为372mA·h/g，效率高，是目前主流的负极材料。目前开发人造石墨的原料主要有三类，同性焦，沥青胶和针状焦。同性焦基人造石墨结晶度度低，各向同性度高，容量低，功率性高。针状焦基人造石墨容量高，倍率相对差些，沥青胶一般居于二者之间。

CN104681786A公开了一种煤基负极材料、制备方法及锂离子电池。所述煤基负极材料是由煤基材料石墨化内层、中间层及分布于表面的外层组成。其制备方法包括：将煤基材料经过粉碎处理；再加入粘结剂，或粘结剂和改性剂混合；然后进行压型、高温石墨化，制成成品。该煤基负极材料具有稳定的石墨结构，表面与电解液的兼容性好，具有高比容量、高电导率、高倍率性能、优异的吸液性能和循环性能。

CN111232970A公开了一种石墨负极材料、锂离子电池、制备方法和应用。所述的制备方法包括以下步骤：将中间相碳微球生球、无烟煤粉与催化剂的混合物进行石墨化高温处理，即可；其中，所述的中间相碳微球生球与所述的无烟煤粉的质量比为1:9-8:1；所述无烟煤粉的粒径D₅₀为10-20μm。

CN111628146A公开了一种沥青填充微晶石墨制备锂离子电池负极材料的工艺，以微晶石墨为原料，加入中低温煤焦油进行混捏处理，得到改性微晶石墨；再将改性微晶石墨转入反应釜中，加入液态中温沥青进行混合，升温至350-500℃，抽真空后静置1-3h，然后充入惰性气体，加压静置2-5h，泄压后得到沥青填充型微晶石墨；然后将沥青填充型微晶石墨进行轧片、制粉、碳化、筛分、除磁，得到目标产品。

上述现有技术提供的负极材料的结构和工艺复杂、成本高，并且制得的负极材料虽然能够提高电池的充放电容量以及首次库伦效率，但是电池的快充能力不足，极大地限制了负极材料的应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的负极材料的快充能力不足，且结构复杂和制备工艺复杂、成本高的问题，提供一种石墨负极材料及其制备方法与应用，该石墨负极材料的结构致密，该石墨负极材料中的孔体积较低，并且该石墨负极材料中微孔所提供的孔体积含量较高，包含该负极材料的电池具有高的充放电容量和首次库伦效率以及优异的快充能力，并且制备方法工艺简单、成本低。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种石墨负极材料，其特征在于，所述石墨负极材料具有以下特征：

(1)所述石墨负极材料的总孔体积≤0.02cm³/g；

(2)所述石墨负极材料中，孔径≤2nm的微孔的孔体积与所述石墨负极材料的总孔体积之比≥30％；

(3)所述石墨负极材料的表面硅含量为0.27-1wt％。

本发明第二方面提供一种石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将煤进行粉碎，得到煤颗粒；

(2)将所述煤颗粒进行石墨化，得到石墨化材料；