[发明专利]一种无定形碳石墨化的方法

说明书

本发明提供了一种无定形碳石墨化的方法，所述方法包括如下步骤：混合无定形碳和金属合金，然后升温进行石墨化，得到石墨化后的材料；所述金属合金包括至少两种金属；将所述石墨化后的材料进行酸洗，得到石墨材料；本发明所述方法能够降低无定形碳石墨化的温度，且不需要将温度升高至2000℃以上进行除杂，成本能够得到进一步的降低，同时，采用所述方法进行石墨化后的杂质主要为金属元素，能够使用低成本的酸洗工艺去除，除杂效果好，不会引入其它难除去的杂质元素，得到的石墨材料能最大程度上保留碳材料原有的结构特征，具备优异的电化学性能。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，涉及一种无定形碳石墨化的方法。

背景技术

现有商业化的锂离子电池石墨负极材料，一般是由无定形碳经过石墨化工艺后获得，但是目前石墨化的温度普遍在2500℃以上，相较于2000℃以下的碳化工艺，高温时间长，成本更高。如CN 113086979A公开了一种石墨材料的制备方法、石墨材料及应用和锂离子电池负极材料，其公开的制备方法包括如下步骤：将原料焦进行石墨化处理，得到石墨材料，其中，所述石墨化处理的温度为2800-3200℃，保温时间为1-6h，其公开的制备方法石墨化温度高，成本高，同时，由于高温石墨化会导致碳材料高度晶格化，引起碳颗粒粒径尺度增大，使碳材料中的孔结构遭到严重破坏，使比表面积急剧下降，破坏了碳材料原有结构特性；因此，降低石墨化温度是降低石墨化工艺成本，以及提供石墨材料性能的有效措施。

低温石墨化可以在最大程度上保留碳材料原有的结构特征，同时提高碳材料的导电性，优化其孔结构和表面性质；其中，催化石墨化是降低石墨化温度的有效措施，催化石墨化是指将催化剂引入配方内，在较低温度的条件下实现石墨化，或者能在相同温度条件下提高石墨化程度。现有技术中，无定形碳低温石墨化多用铁或硅铁作为催化剂，由于铁和硅铁的熔点分别为1538℃和1250℃，该温度下即开始产生催化作用，升温至2000℃时铁以蒸汽形式逸出，2240℃时硅以蒸气形式逸出，因此，催化剂可以实现无杂质剩余的低温石墨化目的；但是，铁和硅铁催化石墨化工艺根据温度变化可分为两部分，第一部分是催化，对应温度在2000℃以下，在催化剂熔点以上；第二部分是除杂质，即升温至2000℃-2240℃除去铁和硅，尽管石墨化温度有所降低，但除杂温度高达2000℃以上，同时催化过程中产生的硅杂质较难去除。

基于以上研究，需要提供一种无定形碳石墨化的方法，所述方法能够在低温下完成石墨化，成本低，不会引入其他杂质，除杂工艺不仅简便且效果好，得到的石墨材料电化学性能优异。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无定形碳石墨化的方法，尤其涉及一种无定形碳低温石墨化的方法，所述方法成本低，无需在2000℃以上的高温下进行，得到的石墨材料能保留原有的结构特征，电化学性能优异，同时，所述方法不会引入其它杂质，除杂效果好。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种无定形碳石墨化的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)混合无定形碳和金属合金，然后升温进行石墨化，得到石墨化后的材料；

所述金属合金包括至少两种金属；

(2)将步骤(1)所述石墨化后的材料进行酸洗，得到石墨材料。

本发明采用金属合金作为催化剂，不仅能够降低无定形碳石墨化的温度，还不会产生硅等杂质，成本低，无需再次升高温度去除催化剂，只需经过酸洗工序，即可将金属杂质去除，得到的石墨材料纯度高，能最大程度上保留碳材料原有的结构特征，提高材料的导电性，并可以优化其孔结构和表面性质，与高温石墨化后的材料性能相当，甚至有所提升。

优选地，步骤(1)所述金属合金的熔点＜1538℃，例如可以是1530℃、1500℃、1450℃或1400℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值仍适用。

优选地，步骤(1)所述金属合金包括铁镍金属合金。