液相融合与气相包覆一体化制备高容量快充型石墨的方法与流程

本发明涉及石墨负极材料，具体为液相融合与气相包覆一体化制备高容量快充型石墨的方法。

背景技术：

1、石墨负极材料因其导电性好、嵌锂电位低、循环稳定性优异等优点，长期以来一直是锂离子电池负极材料的主流选择。随着新能源汽车、储能系统等领域的快速发展，市场对锂离子电池的能量密度和快充性能提出了越来越高的要求，这对石墨负极材料的储锂容量和倍率性能构成了严峻挑战。

2、为提升石墨负极材料的电化学性能，目前行业内主要采用液相改性和气相包覆两类技术路线。

3、单一液相掺杂融合工艺是目前较为常见的改性手段，其多采用液相溶剂混合、高温烧结方式对石墨进行改性，可通过掺杂活性物质提升石墨压实密度与储锂容量。然而，该工艺改性后石墨表面缺陷多、孔隙分布不均，界面稳定性差，电解液易持续分解消耗，导致电池快充过程中极化严重、倍率性能差，大电流充放电下循环衰减速度快。

4、单一气相碳包覆工艺则是另一类主流技术方案，其通过气相沉积在石墨表面构建碳包覆层，可有效修复石墨表面缺陷、优化界面结构、提升导电性能与快充能力。但该工艺仅能实现表面改性，无法优化石墨内部晶粒结构与孔隙结构，石墨内部储锂位点不足、离子传输通道单一，难以大幅提升材料比容量，容量上限受限，无法兼顾高容量与快充双重需求。

5、此外，行业内亦有少量采用“液相改性+气相包覆”分步制备方式的技术方案，但该类方案需独立完成液相烧结、冷却筛分、气相沉积、二次热处理等多道工序，存在工艺流程繁琐、生产能耗高、物料二次污染、批次一致性差、包覆层与基体结合力弱等问题。同时，分步高温处理易导致石墨晶粒过度烧结、结构坍塌，反而恶化快充性能与循环寿命，量产成本高、良品率低。

6、综上，现有石墨制备技术无法同步实现内部结构优化增容与表面界面改性快充，存在容量与快充性能相互制约、工艺繁琐、量产稳定性差等技术瓶颈，亟需开发一种一体化、高效、可量产的改性制备技术，同步提升石墨负极的容量、快充性能与循环稳定性。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供液相融合与气相包覆一体化制备高容量快充型石墨的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：液相融合与气相包覆一体化制备高容量快充型石墨的方法，包括以下步骤：

3、s1、石墨基体预处理：将石墨基体置于真空干燥箱中，120-150℃条件下真空干燥4-6h，得到石墨粉体；

4、s2、配制功能性液相改性体系：按质量比将改性碳源、高容量掺杂助剂、分散溶剂混合均匀，配制均一稳定的液相改性体系；

5、s3、液相渗透融合改性：将预处理后的石墨粉体加入液相改性体系中，常温下，搅拌速率1200-2000rpm搅拌分散30-60min，使液相改性体系充分浸润石墨粉体，渗透至石墨内部孔隙与晶粒间隙；随后在密闭的高温高压反应釜中，通过惰性气体加压使压力为1.5-4.0mpa，升温至180-250℃，恒温保温2-4h，完成液相低温融合反应，使液相改性体系与石墨粉体内部晶粒紧密结合，重构内部多孔传输结构，增加储锂活性位点，得到液相融合改性石墨中间体；

6、s4、一体化原位气相包覆：液相融合反应完成后，在同一反应设备内泄压后切换为惰性氛围并升温，通入气相碳源与惰性载气的混合气体进行气相沉积包覆，在所述液相融合改性石墨中间体表面原位生长厚度均匀、致密的碳包覆层，反应结束后，在惰性氛围下自然冷却至室温；

7、s5、后处理成型：自然冷却至室温后，依次进行筛分、除铁、纯化处理，得到高容量快充型石墨负极材料。

8、其中，在步骤s1中，所述石墨基体采用天然石墨微粉和人造石墨粉体中的一种。

9、其中，在步骤s1中，所述石墨基体的粉体粒径d50为8-15μm。

10、其中，在步骤s2中，所述液相改性体系中各组分质量配比为：改性碳源5%-12%、高容量掺杂助剂2%-5%、余量为分散溶剂。

11、其中，在步骤s2中，所述改性碳源选自蔗糖、葡萄糖、酚醛树脂液和沥青溶液中的一种或多种。

12、其中，在步骤s2中，所述高容量掺杂助剂选自纳米硅氧化物、钛酸锂和多孔碳微粉中的一种或多种。

13、其中，在步骤s2中，所述分散溶剂为无水乙醇与去离子水的混合溶剂，所述无水乙醇与去离子水的体积比为1:1。

14、其中，在步骤s3中，所述石墨粉体与液相改性体系的固液质量比为1:3-5。

15、其中，在步骤s4中，所述惰性氛围为氮气和氩气中的一种；

16、所述升温的速率为5-10℃/min，升温至800-950℃；

17、所述气相碳源选自丙烯、乙炔、甲烷中的一种或多种；

18、所述气相碳源在混合气体中的体积占比为10%-20%；

19、所述气相沉积包覆的时间为1.5-3h。

20、其中，在步骤s4中，所述碳包覆层厚度为20-50nm。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、1、本发明通过液相渗透融合改性和一体化原位气相包覆，摒弃传统分步制备模式，首先采用液相改性体系对石墨基体进行浸润、掺杂、低温融合预处理，实现改性组分均匀渗透至石墨晶粒间隙与内部孔隙，重构石墨内部微观结构，构建丰富的储锂位点与连续的离子传输通道，提升材料储锂容量；随后无需出料冷却，直接在同一反应设备内升温切换气相沉积氛围，在液相融合改性后的石墨基体表面原位生长均匀、致密、结合力强的碳包覆层，修复表面缺陷、降低界面阻抗、抑制电解液副反应，大幅提升材料快充能力与循环稳定性；两步工艺无缝衔接、一体化完成，无中间转运、二次加工环节，兼顾结构改性效果与量产优势。

23、2、本发明实现石墨内外协同改性，内部通过液相掺杂融合构建多孔高储锂结构，提升材料比容量；表面通过原位气相包覆构建低阻抗稳定界面，提升快充性能与循环稳定性，彻底解决传统石墨容量与快充性能相互制约的痛点。

1.液相融合与气相包覆一体化制备高容量快充型石墨的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的液相融合与气相包覆一体化制备高容量快充型石墨的方法，其特征在于：在步骤s1中，所述石墨基体采用天然石墨微粉和人造石墨粉体中的一种。

3.根据权利要求1所述的液相融合与气相包覆一体化制备高容量快充型石墨的方法，其特征在于：在步骤s1中，所述石墨基体的粉体粒径d50为8-15μm。

4.根据权利要求1所述的液相融合与气相包覆一体化制备高容量快充型石墨的方法，其特征在于：在步骤s2中，所述液相改性体系中各组分质量配比为：改性碳源5%-12%、高容量掺杂助剂2%-5%、余量为分散溶剂。

5.根据权利要求1所述的液相融合与气相包覆一体化制备高容量快充型石墨的方法，其特征在于：在步骤s2中，所述改性碳源选自蔗糖、葡萄糖、酚醛树脂液和沥青溶液中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的液相融合与气相包覆一体化制备高容量快充型石墨的方法，其特征在于：在步骤s2中，所述分散溶剂为无水乙醇与去离子水的混合溶剂，所述无水乙醇与去离子水的体积比为1:1。

7.根据权利要求1所述的液相融合与气相包覆一体化制备高容量快充型石墨的方法，其特征在于：在步骤s3中，所述石墨粉体与液相改性体系的固液质量比为1:3-5。

8.根据权利要求1所述的液相融合与气相包覆一体化制备高容量快充型石墨的方法，其特征在于：在步骤s4中，所述惰性氛围为氮气和氩气中的一种；

9.根据权利要求1所述的液相融合与气相包覆一体化制备高容量快充型石墨的方法，其特征在于：在步骤s4中，所述碳包覆层厚度为20-50nm。