石墨负极材料及其制备方法与应用与流程

技术特征：
1.一种石墨负极材料，其特征在于，所述石墨负极材料具有以下特征：(1)所述石墨负极材料的总孔体积≤0.02cm3/g；(2)所述石墨负极材料中，孔径≤2nm的微孔的孔体积与所述石墨负极材料的总孔体积之比≥30％；(3)所述石墨负极材料的表面硅的含量为0.27-1wt％。2.根据权利要求1所述的石墨负极材料，其中，所述石墨负极材料的总孔体积为0.0001-0.02cm3/g，优选为0.0001-0.01cm3/g。3.根据权利要求1或2所述的石墨负极材料，其中，所述石墨负极材料中，孔径≤2nm的微孔的孔体积与所述石墨负极材料的总孔体积之比为50-100％，优选为60-100％。4.根据权利要求1-3中任一项所述的石墨负极材料，其中，所述石墨负极材料的比表面积≤5m2/g，优选为0.1-4m2/g，更优选为1-3m2/g。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的石墨负极材料，其中，所述石墨负极材料的表面硅含量为0.28-1.5wt％，优选为0.30-1wt％。6.根据权利要求1-5中任意一项所述的石墨负极材料，其中，所述石墨负极材料包含煤基石墨的第一相碳和无定形碳的第二相碳。7.根据权利要求6所述的石墨负极材料，其中，以所述石墨负极材料的总重量为基准，所述第一相碳的含量为70-99wt％，所述第二相碳的含量为1-30wt％。8.一种石墨负极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)将煤进行粉碎，得到煤颗粒；(2)将所述煤颗粒进行石墨化，得到石墨化材料；(3)在加热和搅拌条件下，将所述石墨化材料、第一改性剂和第二改性剂进行混合改性，得到所述石墨负极材料。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述煤满足以下条件：镜质组反射率≥2，挥发分≤10wt％；灰分≤15wt％；优选地，所述煤满足以下条件：镜质组反射率≥2.3；挥发分≤10wt％；灰分≤10wt％。10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，步骤(2)中，所述石墨化的条件包括：控制石墨化设备中，变压器的实际最大送电功率为≥5,000kw，实际最大送电功率的持续送电时间为0.5-100h；优选地，所述石墨化的条件包括：控制石墨化设备中，变压器的实际最大送电功率为5,000-50,000kw，实际最大送电功率的持续送电时间为10-80h。11.根据权利要求8-10中任意一项所述的方法，其中，步骤(3)中，所述第一改性剂为中间相沥青；所述第二改性剂选自石油沥青、煤沥青、氧化沥青和高分子聚合物中的至少一种；优选地，所述第一改性剂满足以下条件：第一改性剂的软化点≥150℃，优选为200-400℃；第一改性剂的中间相含量≥40wt％，优选为50-100wt％；优选地，所述第二改性剂满足以下条件：第二改性剂软化点≥100℃，优选为150-400℃优选地，所述石墨化材料的用量为30-99.9wt％，所述第一改性剂与所述第二改性剂的总用量为0.1-30wt％，所述第一改性剂与所述第二改性剂的用量比为0.1-10:1；
优选地，所述石墨化材料的用量为20-99wt％，所述第一改性剂与所述第二改性剂的总用量为1-20wt％，所述第一改性剂与所述第二改性剂的用量比为0.2-5:1。12.根据权利要求8-11中任意一项所述的方法，其中，步骤(3)中，所述加热的条件包括：以0.1-5℃/min的升温速率升温至400-1200℃；优选地，以0.2-3℃/min的升温速率升温至400-1000℃；更优选地，以0.5-2.5℃/min的升温速率升温至500-800℃；步骤(3)中，所述搅拌的条件包括：转速为50-3000r/min，优选为50-1000r/min，更优选为100-800r/min；混合时间为0.1-100h，优选为0.5-50h，更优选为1-10h。13.根据权利要求8-12中任意一项所述的方法，其中，所述方法还包括以下步骤：(3-1)在加热和搅拌条件，将所述石墨化材料、第一改性剂和第二改性剂进行混合改性，得到中间体；(3-2)将所述中间体进行炭化，得到所述石墨化负极材料。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述炭化的条件包括：炭化温度为800-1500℃，优选为900-1400℃，更优选为1000-1300℃；优选地，炭化时间为0.1-100h，优选为0.5-80h，更优选为1-50h。15.由权利要求8-14中任意一项所述的制备方法制得的石墨负极材料。16.权利要求1-7和15中任意一项所述的石墨负极材料在二次电池、机械部件材料和储热材料中的至少一种中的应用。

技术总结
本发明涉及碳材料领域，公开了一种石墨负极材料及其制备方法与应用。该石墨负极材料具有以下特征：(1)所述石墨负极材料的总孔体积≤0.02cm3/g；(2)所述石墨负极材料中，孔径≤2nm的微孔的孔体积与所述石墨负极材料的总孔体积之比≥30％；(3)所述石墨负极材料的表面硅的含量为0.27-1wt％。该石墨负极材料的结构致密，该石墨负极材料中的孔体积较低，并且该石墨负极材料中微孔所提供的孔体积含量较高，包含该负极材料的电池具有高的充放电容量和首次库伦效率以及快充能力优异，并且制备方法工艺简单、成本低。成本低。成本低。


技术研发人员：潘广宏 苏志江 梁文斌 陈全彬 卫昶
受保护的技术使用者：北京低碳清洁能源研究院
技术研发日：2021.06.10
技术公布日：2022/12/12