[发明专利]一种石墨材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种石墨材料及其制备方法和应用，属于锂离子电池技术领域。本发明所述的制备方法包括以下步骤：S1.以铁源和尿素为原料，在焦粉表面沉积四氧化三铁；S2.将步骤S1所得固体产物和中温沥青在间歇性磁场中混合造粒；S3.将步骤S2处理后的物料进行石墨化处理。铁源包括可溶性二价铁盐和可溶性三价铁盐。本发明所述石墨材料的OI值在6～9之间，本发明所述石墨材料应用于各种锂离子电池的负极材料和电容器的电极材料。本发明的制备方法能够有效提高造粒无序度，降低颗粒OI值，降低循环膨胀，同时有效降低石墨化温度，节能降耗，降低成本。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极技术领域，尤其是涉及一种石墨材料及其制备方法和应用。

背景技术

石墨是当下主流的负极材料，影响着电池的能量密度、快充性能、循环膨胀等，是作为高能量密度产业化最成熟的负极材料。石墨作为传统的负极材料，工艺技术已经接近天花板，技术突破和迭代更新较慢，为了改善石墨负极材料的循环膨胀，通常会选择各向同性较高的焦原料，以及尽可能提升造粒程度，提升石墨颗粒的各向同性，来降低石墨材料在循环过程中的体积膨胀。但造粒程度按常规工艺很难精确的控制，如何使颗粒排布符合人们的设计预期已成为一个难题。另一方面，在石墨制备过程中，石墨化已占据成本的50％以上，如何降低能耗也是负极生产面临的又一个难题。

因此需开发一种石墨材料的制备方法，提高造粒无序度，减小石墨材料的循环膨胀，同时降低石墨化成本。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种石墨材料的制备方法，能够有效提高造粒无序度，降低颗粒OI值，同时降低所得石墨材料的循环膨胀和制备成本。

根据本发明的第一方面，提出了一种石墨材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1.以铁源和尿素为原料，在焦粉表面沉积四氧化三铁；

S2.将步骤S1所得固体产物和中温沥青在间歇性磁场中混合造粒；

S3.将步骤S2处理后的物料进行石墨化处理；

所述铁源包括可溶性二价铁盐和可溶性三价铁盐。

根据本发明第一方面实施例的石墨材料，至少具有如下有益效果：

本发明所述的制备方法对焦粉表面进行原位生长四氧化三铁，得到四氧化三铁包覆的焦粉，在石墨化处理的过程中，四氧化三铁可作为催化剂，促进石墨化处理进行彻底，提高石墨化度，同时还降低粉体BET值和TD值，提高克容量和首效，降低颗粒OI值(石墨晶粒取向度)。

传统的石墨化温度为2700～3200℃，需耗费大量的电量和加工成本，本发明的制备方法在四氧化三铁的催化作用下，有效降低了石墨化处理的温度，节能降耗，降低成本。

由于四氧化三铁具备磁性，加之本发明通过布局间断性磁场对造粒过程进行人工干预，可有效避免造粒时颗粒有序排列，使造粒更加的无序化，进一步降低OI值在6～9。如果磁场是恒定方向，持续作用的，则由于四氧化三铁磁性物质的作用，焦粉的排列有序性会增加，进而提升所得石墨材料的OI值。

本发明所述的制备方法，加工工艺简单、成熟，具备量产可行性；原料廉价易得，无任何特殊添加剂。

根据本发明的一些实施方式，所述可溶性二价铁盐包括硫酸亚铁、氯化亚铁和硝酸亚铁中的至少一种。

优选地，所述可溶性二价铁盐为硫酸亚铁(FeSO₄)。

根据本发明的一些实施方式，所述可溶性三价铁盐包括氯化铁、硫酸铁和硝酸铁中的至少一种。

优选地，所述可溶性三价铁盐为氯化铁(FeCl₃)。