[发明专利]人造石墨材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种人造石墨材料及其制备方法和应用。所述人造石墨材料的制备方法包括以下步骤：S1、将焦炭进行煅烧、粉碎，得到焦炭粉体；其中，所述煅烧的温度为450‑1200℃；S2、将所述焦炭粉体进行结构定型处理，得到人造石墨生料；S3、将所述人造石墨生料进行石墨化处理。本发明的人造石墨材料实现了高压实密度和高倍率快充性能的同步设计，可以兼具高的能量密度与功率密度，有效提升了人造石墨材料的综合性能优异。并且，本发明的制备方法大幅度降低了能源消耗和碳排放量，有效降低了工艺成本。

技术领域

本发明涉及一种人造石墨材料及其制备方法和应用。

背景技术

全球正在加速从燃油车向电动汽车转型，新能源汽车的市场需求越来越大。远瞻动力汽车领域的未来，新能源市场正向高能量密度、大功率快充的方向发展。锂离子电池因其具有输出电压高，循环使用寿命长的优点已经被广泛用于新能源汽车。锂离子电池的主要负极材料为高度规整的石墨。石墨按照来源分为天然石墨和人造石墨。天然石墨由于其自身结构导致循环寿命和快充性能较差，难以满足锂离子电池性能需求。因此，锂离子电池级石墨一般为人造石墨。锂离子电池级石墨市场主体为人造石墨材料，采用焦炭作为初始原料，结合整形、包覆造粒、高温石墨化等工艺，赋予锂离子电池优异的能量密度、循环寿命和快充性能。

现有技术量产的高端人造石墨负极材料主要依靠高品质的针状焦、煅后焦，原料品质对性能影响的占比大。现有技术量产的高压实密度的人造石墨负极材料生产主要依靠高温石墨化工艺处理，其能耗成本高，碳排放量大。现有技术的限制下，能量密度的里程焦虑以及大功率快充带来的安全隐患和损伤电池方面还有待技术攻克。因此，高性能锂离子电池用人造石墨负极材料的开发对于新能源市场的发展和突破具有重要意义。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的人造石墨材料的能量密度与功率密度不可调和兼顾的技术矛盾，从而提供了一种人造石墨材料及其制备方法和应用。本发明的人造石墨材料实现了高压实密度和高倍率快充性能的同步设计，可以兼具高的能量密度与功率密度，有效提升了人造石墨材料的综合性能优异。并且，本发明的制备方法大幅度降低了能源消耗和碳排放量，有效降低了工艺成本。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供一种人造石墨材料的制备方法，其包括以下步骤：

S1、将焦炭进行煅烧、粉碎，得到焦炭粉体；其中，所述煅烧的温度为450-1200℃；

S2、将所述焦炭粉体进行结构定型处理，得到人造石墨生料；

S3、将所述人造石墨生料进行石墨化处理。

本发明中，步骤S1中，所述焦炭可为本领域常规。按照原料工艺，所述焦炭可为石油焦、煤焦和沥青焦的一种或多种。按照显微结构，所述焦炭可为非针焦和/或针状焦。所述焦炭较佳地为石油非针焦和/或石油针状焦。

步骤S1中，所述煅烧能够促进焦炭的微晶结构发育，提升材料的压实密度。但是煅烧温度过高，会导致焦炭的硬度增大，影响材料粉碎后的颗粒形貌和振实密度指标；同时，在过高温度下煅烧还会导致人造石墨材料的配向性增大，导致快充性能降低。在合适温度下煅烧，既能够有效保障材料微晶发育改善压实密度，还能够保障人造石墨材料的振实密度和快充性能。

步骤S1中，所述煅烧的温度较佳地为600-1100℃，例如650℃或1000℃。

步骤S1中，所述煅烧可在本领域常规的热处理设备中进行。所述热处理设备可为罐式炉、隧道窑、梭式窑、回转炉、回转窑或箱式炉。

步骤S1中，所述粉碎可采用本领域常规的机械破碎设备进行粉碎。所述机械破碎设备较佳地为辊压磨。

步骤S1中，所述焦炭粉体的粒径可为4-18μm，较佳地为8-15μm，更佳地为8-9μm或9-10μm。