[发明专利]预处理微晶石墨、负极活性材料及其制备和应用

说明书

本发明属于电池负极材料，具体涉及一种微晶石墨的预处理方法，将微晶石墨预先在含氨气气氛下进行第一段焙烧，随后在含镁蒸气气氛下进行第二段焙烧，得到预处理微晶石墨；第一段焙烧的温度大于或等于300℃，第二段焙烧的温度大于或等于600℃。本发明还包括将制备的预处理的微晶石墨用于制备负极负极材料。本发明研究发现，创新地预先进行氨气气氛下的第一段气固反应，进一步配合后续的第二段镁蒸气的气固反应，可以实现协同，可以对微晶石墨进行扩层、调整物理结构以及化学物相，能够改善预处理后的微晶石墨的电化学性能。

技术领域

本发明属于电池负极材料技术领域，具体涉及碱金属二次电池负极材料技术领域。

背景技术

我国微晶石墨矿产丰富，是一种极具应用潜力的石墨负极材料。微晶石墨作为锂离子电池负极材料，存在原料价格低廉、与电解液相容性好、循环性能稳定、倍率性能良好的优点。但是天然微晶石墨杂质含量高，其晶型并非完整的石墨结构，石墨化程度低，无定型结构导致其首次库仑效率低下。因此，如果通过简单有效手段对微晶石墨进行改性，以综合提升其首次库仑效率、可逆比容量及循环寿命，这对于扩大锂离子电池天然石墨市场意义重大。

针对天然微晶石墨的纯化研究，当前主要是采用混酸工艺，但是由于微晶石墨是天然形成的矿，其结构内的金属及非金属杂质较难脱除，导致现行的混酸纯化工艺存在纯化效果一般且酸用量大的问题。常规的高于2800℃的高温石墨化操作虽然可以实现纯度及石墨化程度的极大提升，但是存在能耗高的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，提供一种微晶石墨的预处理方法，旨在实现微晶石墨的高值化利用。

本发明第二目的在于，提供所述的方法制得的预处理微晶石墨及其在用于制备负极活性材料中的应用。

本发明第三目的在于，提供一种微晶石墨负极活性材料的制备方法，旨在制备具有比容量高、循环寿命长、倍率性能好的负极活性材料。

本发明第四目的在于，提供所述的制备方法制得的微晶石墨负极活性材料及其在碱金属电池中的应用。

本发明第五目的在于，装配有所述微晶石墨负极活性材料的碱金属电池及其负极极片等部件。

一种微晶石墨的预处理方法，将微晶石墨预先在含氨气气氛下进行第一段焙烧，随后在含镁蒸气气氛下进行第二段焙烧，得到预处理微晶石墨；

第一段焙烧的温度大于或等于300℃，第二段焙烧的温度大于或等于600℃。

本发明研究发现，创新地预先进行氨气气氛下的第一段气固反应，进一步配合后续的第二段镁蒸气的气固反应，可以实现协同，可以对微晶石墨进行扩层、调整物理结构以及化学物相，能够改善预处理后的微晶石墨的电化学性能。

本发明中，所述的微晶石墨原料可以是天然和/或回收的废料，其中值粒径没有特别的要求，例如，可以为12～15μm。

本发明中，所述的二段气固处理以及处理顺序的联合控制是协同改善预处理微晶石墨性能的关键。

本发明中，预先通过氨气的第一段气固反应，可以对结构及性能扩层以及活化、杂化、调整物理以及化学结构，如此有助于和后续的镁蒸气第二段气固反应联合协同，改善预处理的微晶石墨的电化学性能。

本发明中含氨气气氛为纯氨气，或者氨气和保护气的混合气；

优选地，所述的含氨气气氛中，氨气的体积含量没有特别要求，例如，可以是大于或等于50％；优选为50～90vol％；

优选地，第一段焙烧的温度为300～600℃；进一步优选为400～500℃；

优选地，第一段焙烧的时间为1～3h。