权利要求

1.高容量天然石墨基负极材料的充放电效率提升技术，其特征在于：包括制备高容量天然石墨基负极材料，高容量天然石墨基负极材料制备方法如下：

A、首先将原材料混合，加入球磨机中球磨，得到混合物A;

B、将混合物A加入预热炉中进行加热预热;

C、将预热后的混合物转移至高温炉中进行高温炭化，并在炭化过程中通入惰性气体;

D、然后再转移到高温石墨炉中进行石墨化反应，再对高温石墨化后材料进行球磨，制备得到所需的高容量天然石墨基负极材料。

2.根据权利要求1所述的高容量天然石墨基负极材料的充放电效率提升技术，其特征在于：所述步骤A中原材料组分按重量份数包括天然石墨50-80份、单壁碳纳米管40-60份、纳米多孔硅20-30份、改质沥青颗粒20-40份。

3.根据权利要求2所述的高容量天然石墨基负极材料的充放电效率提升技术，其特征在于：所述步骤A中原材料组分优选的成分配比包括天然石墨65份、单壁碳纳米管50份、纳米多孔硅25份、改质沥青颗粒30份。

4.根据权利要求1所述的高容量天然石墨基负极材料的充放电效率提升技术，其特征在于：所述步骤A中球磨过程中球磨转速为2000-3000r/min，时间为20min-30min。

5.根据权利要求1所述的高容量天然石墨基负极材料的充放电效率提升技术，其特征在于：所述步骤B中预热温度为300℃-400℃，预热时间为50min-60min。

6.根据权利要求1所述的高容量天然石墨基负极材料的充放电效率提升技术，其特征在于：所述步骤C中在氮气气氛保护下进行碳化，碳化的过程是先以2℃-3℃/min的速率升至500℃-540℃，并在该温度下保持2h-3h;接下来以1℃-2℃/min的速率升至580℃-650℃并保持2h-3h;最后以2-6℃/min的速率升至760-960℃，同样在该温度下保持2h-3h，得到炭化材料。

7.根据权利要求1所述的高容量天然石墨基负极材料的充放电效率提升技术，其特征在于：所述步骤D中高温石墨炉中进行石墨化反应温度为2000-2400℃，石墨化反应时间为2-3h。

8.根据权利要求1所述的高容量天然石墨基负极材料的充放电效率提升技术，其特征在于：所述步骤D中球磨过程中球磨转速为4000-5000r/min，时间为20min-30min。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及天然石墨基负极材料制备技术领域，具体为高容量天然石墨基负极材料的充放电效率提升技术。

背景技术

[0002]锂离子电池凭借其高比能量、高工作电压、充放电速度快、循环寿命长、安全无污染等优点，己经成功取代其他二次电池，成为移动电话、笔记本电脑和摄录像机等小型电子产品的主要能源，而且大大地推动了电动汽车的产业化进程，许多国家也己经全面启动锂离子电池在军事和航空航天领域的开发，这就对锂离子电池提出来了更高的要求。电极材料是提高锂离子电池性能的关键所在，直接影响电池的充放电性能，自从20世纪90年代初铿离子电池诞生并成功商品化以来，负极材料一直是一个研究的焦点。到目前为止，主要研究的负极材料包括石墨、无定形碳、合金和金属氧化物等，其中石墨占据了锂离子电池负极材料市场的主导地位，市场占有率高达90%，研究也最为成熟并己成功应用于中小型电子产品。

[0003]天然石墨结晶度高，导电性好，具有良好的层状结构，更适合充放电过程中锂离子的嵌入和脱出，并且天然石墨资源储量丰富、价格低廉，因此石墨负极材料一直是包括杉杉、贝特瑞在内的世界六大电池企业的研究及开发重点。

[0004]目前对于锂离子负极材料主要提供充放电稳定性和充放电容量，主要是通过表面改性从而钝化表面的石墨化，从而提高稳定性，但是目前制得的石墨负极材料结构不稳定、一次充电容量低，因此，有必要进行改进。

发明内容

[0005]本发明的目的在于提供高容量天然石墨基负极材料的充放电效率提升技术，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：高容量天然石墨基负极材料的充放电效率提升技术，包括制备高容量天然石墨基负极材料，高容量天然石墨基负极材料制备方法如下：

[0007]A、首先将原材料混合，加入球磨机中球磨，得到混合物A;

[0008]B、将混合物A加入预热炉中进行加热预热;

[0009]C、将预热后的混合物转移至高温炉中进行高温炭化，并在炭化过程中通入惰性气体;

[0010]D、然后再转移到高温石墨炉中进行石墨化反应，再对高温石墨化后材料进行球磨，制备得到所需的高容量天然石墨基负极材料。

[0011]优选的，所述步骤A中原材料组分按重量份数包括天然石墨50-80份、单壁碳纳米管40-60份、纳米多孔硅20-30份、改质沥青颗粒20-40份。

[0012]优选的，所述步骤A中原材料组分优选的成分配比包括天然石墨65份、单壁碳纳米管50份、纳米多孔硅25份、改质沥青颗粒30份。

[0013]优选的，所述步骤A中球磨过程中球磨转速为2000-3000r/min，时间为20min-30min。

[0014]优选的，所述步骤B中预热温度为300℃-400℃，预热时间为50min-60min。

[0015]优选的，所述步骤C中在氮气气氛保护下进行碳化，碳化的过程是先以2℃-3℃/min的速率升至500℃-540℃，并在该温度下保持2h-3h;接下来以1℃-2℃/min的速率升至580℃-650℃并保持2h-3h;最后以2-6℃/min的速率升至760-960℃，同样在该温度下保持2h-3h，得到炭化材料。

[0016]优选的，所述步骤D中高温石墨炉中进行石墨化反应温度为2000-2400℃，石墨化反应时间为2-3h。

[0017]优选的，所述步骤D中球磨过程中球磨转速为4000-5000r/min，时间为20min-30min。

[0018]与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0019](1)本发明采用的高容量天然石墨基负极材料制备方法制得的负极材料具有高导电性，能有效降低负极的内阻，从而实现较高的电容量、充放电速度及大电流充放电性能。

[0020](2)本发明对气氛、温度、原料要求不高，具有操作简单，流程短，成本低廉的优点，得到的高容量天然石墨基负极材料导电效率高。

[0021](3)本发明的高温炭化步骤能够提高反应效率，降低高温石墨化过程反应界面，能够使充放电效率提升至97.5%以上。

附图说明

[0022]图1为本发明制备方法流程图。

具体实施方式

[0023]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0024]须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

[0025]实施例一：

[0026]请参阅图1，本发明提供一种技术方案：高容量天然石墨基负极材料的充放电效率提升技术，包括制备高容量天然石墨基负极材料，高容量天然石墨基负极材料制备方法如下：

[0027]A、首先将原材料混合，加入球磨机中球磨，得到混合物A;

[0028]B、将混合物A加入预热炉中进行加热预热;

[0029]C、将预热后的混合物转移至高温炉中进行高温炭化，并在炭化过程中通入惰性气体;

[0030]D、然后再转移到高温石墨炉中进行石墨化反应，再对高温石墨化后材料进行球磨，制备得到所需的高容量天然石墨基负极材料。

[0031]本实施例中，所述步骤A中原材料组分按重量份数包括天然石墨50份、单壁碳纳米管40份、纳米多孔硅20份、改质沥青颗粒20份。

[0032]本实施例中，所述步骤A中球磨过程中球磨转速为2000r/min，时间为20min。

[0033]本实施例中，所述步骤B中预热温度为300℃，预热时间为50min。

[0034]本实施例中，所述步骤C中在氮气气氛保护下进行碳化，碳化的过程是先以2℃/min的速率升至500℃，并在该温度下保持2h;接下来以1℃/min的速率升至580℃并保持2h;最后以2℃/min的速率升至760℃，同样在该温度下保持2h，得到炭化材料。

[0035]本实施例中，所述步骤D中高温石墨炉中进行石墨化反应温度为2000℃，石墨化反应时间为2h。

[0036]本实施例中，所述步骤D中球磨过程中球磨转速为4000r/min，时间为20min。

[0037]实施例二：

[0038]高容量天然石墨基负极材料的充放电效率提升技术，包括制备高容量天然石墨基负极材料，高容量天然石墨基负极材料制备方法如下：

[0039]A、首先将原材料混合，加入球磨机中球磨，得到混合物A;

[0040]B、将混合物A加入预热炉中进行加热预热;

[0041]C、将预热后的混合物转移至高温炉中进行高温炭化，并在炭化过程中通入惰性气体;

[0042]D、然后再转移到高温石墨炉中进行石墨化反应，再对高温石墨化后材料进行球磨，制备得到所需的高容量天然石墨基负极材料。

[0043]本实施例中，所述步骤A中原材料组分按重量份数包括天然石墨80份、单壁碳纳米管60份、纳米多孔硅30份、改质沥青颗粒40份。

[0044]本实施例中，所述步骤A中球磨过程中球磨转速为3000r/min，时间为30min。

[0045]本实施例中，所述步骤B中预热温度为400℃，预热时间为60min。

[0046]本实施例中，所述步骤C中在氮气气氛保护下进行碳化，碳化的过程是先以3℃/min的速率升至540℃，并在该温度下保持3h;接下来以2℃/min的速率升至650℃并保持3h;最后以6℃/min的速率升至960℃，同样在该温度下保持3h，得到炭化材料。

[0047]本实施例中，所述步骤D中高温石墨炉中进行石墨化反应温度为2400℃，石墨化反应时间为3h。

[0048]本实施例中，所述步骤D中球磨过程中球磨转速为5000r/min，时间为30min。

[0049]实施例三：

[0050]高容量天然石墨基负极材料的充放电效率提升技术，包括制备高容量天然石墨基负极材料，高容量天然石墨基负极材料制备方法如下：

[0051]A、首先将原材料混合，加入球磨机中球磨，得到混合物A;

[0052]B、将混合物A加入预热炉中进行加热预热;

[0053]C、将预热后的混合物转移至高温炉中进行高温炭化，并在炭化过程中通入惰性气体;

[0054]D、然后再转移到高温石墨炉中进行石墨化反应，再对高温石墨化后材料进行球磨，制备得到所需的高容量天然石墨基负极材料。

[0055]本实施例中，所述步骤A中原材料组分按重量份数包括天然石墨55份、单壁碳纳米管45份、纳米多孔硅22份、改质沥青颗粒24份。

[0056]本实施例中，所述步骤A中球磨过程中球磨转速为2200r/min，时间为22min。

[0057]本实施例中，所述步骤B中预热温度为320℃，预热时间为52min。

[0058]本实施例中，所述步骤C中在氮气气氛保护下进行碳化，碳化的过程是先以2℃/min的速率升至510℃，并在该温度下保持2h;接下来以1℃/min的速率升至590℃并保持2h;最后以3℃/min的速率升至790℃，同样在该温度下保持2h，得到炭化材料。

[0059]本实施例中，所述步骤D中高温石墨炉中进行石墨化反应温度为2100℃，石墨化反应时间为2h。

[0060]本实施例中，所述步骤D中球磨过程中球磨转速为4200r/min，时间为23min

[0061]实施例四：

[0062]高容量天然石墨基负极材料的充放电效率提升技术，包括制备高容量天然石墨基负极材料，高容量天然石墨基负极材料制备方法如下：

[0063]A、首先将原材料混合，加入球磨机中球磨，得到混合物A;

[0064]B、将混合物A加入预热炉中进行加热预热;

[0065]C、将预热后的混合物转移至高温炉中进行高温炭化，并在炭化过程中通入惰性气体;

[0066]D、然后再转移到高温石墨炉中进行石墨化反应，再对高温石墨化后材料进行球磨，制备得到所需的高容量天然石墨基负极材料。

[0067]本实施例中，所述步骤A中原材料组分按重量份数包括天然石墨75份、单壁碳纳米管55份、纳米多孔硅28份、改质沥青颗粒35份。

[0068]本实施例中，所述步骤A中球磨过程中球磨转速为2800r/min，时间为28min。

[0069]本实施例中，所述步骤B中预热温度为380℃，预热时间为58min。

[0070]本实施例中，所述步骤C中在氮气气氛保护下进行碳化，碳化的过程是先以3℃/min的速率升至530℃，并在该温度下保持3h;接下来以2℃/min的速率升至620℃并保持3h;最后以5℃/min的速率升至880℃，同样在该温度下保持3h，得到炭化材料。

[0071]本实施例中，所述步骤D中高温石墨炉中进行石墨化反应温度为2300℃，石墨化反应时间为3h。

[0072]本实施例中，所述步骤D中球磨过程中球磨转速为4800r/min，时间为28min。

[0073]实施例五：

[0074]高容量天然石墨基负极材料的充放电效率提升技术，包括制备高容量天然石墨基负极材料，高容量天然石墨基负极材料制备方法如下：

[0075]A、首先将原材料混合，加入球磨机中球磨，得到混合物A;

[0076]B、将混合物A加入预热炉中进行加热预热;

[0077]C、将预热后的混合物转移至高温炉中进行高温炭化，并在炭化过程中通入惰性气体;

[0078]D、然后再转移到高温石墨炉中进行石墨化反应，再对高温石墨化后材料进行球磨，制备得到所需的高容量天然石墨基负极材料。

[0079]本实施例中，所述步骤A中原材料组分按重量份数包括天然石墨65份、单壁碳纳米管50份、纳米多孔硅25份、改质沥青颗粒30份。

[0080]本实施例中，所述步骤A中球磨过程中球磨转速为2500r/min，时间为25min。

[0081]本实施例中，所述步骤B中预热温度为350℃，预热时间为55min。

[0082]本实施例中，所述步骤C中在氮气气氛保护下进行碳化，碳化的过程是先以2.5℃/min的速率升至520℃，并在该温度下保持2.5h;接下来以1.5℃/min的速率升至600℃并保持2.5h;最后以4℃/min的速率升至830℃，同样在该温度下保持2.5h，得到炭化材料。

[0083]本实施例中，所述步骤D中高温石墨炉中进行石墨化反应温度为2200℃，石墨化反应时间为2.5h。

[0084]本实施例中，所述步骤D中球磨过程中球磨转速为4500r/min，时间为25min。

[0085]实验例：

[0086]采用本发明各实施例制得的负极材料积极性充放电性能测试，得到数据如下表：

[0087]

[0088]本发明对气氛、温度、原料要求不高，具有操作简单，流程短，成本低廉的优点，得到的高容量天然石墨基负极材料导电效率高;本发明的高温炭化步骤能够提高反应效率，降低高温石墨化过程反应界面，能够使充放电效率提升至97.5%以上。

[0089]综上所述，本发明采用的高容量天然石墨基负极材料制备方法制得的负极材料具有高导电性，能有效降低负极的内阻，从而实现较高的电容量、充放电速度及大电流充放电性能。

[0090]还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

说明书附图(1)