石墨及其制备方法和应用与流程

本发明涉及储能，具体涉及一种石墨及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着风光发电等清洁能源占有率的快速提升，风光电站的配储需求也在迅速爆发。随着二次电池的发展，市场上对于二次电池的能量密度提出了越来越高的要求。然而能量密度的提升也会导致二次电池的动力学性能劣化，从技术层面来讲，很难做到高能量密度与高动力学性能的完美兼容。

2、常规的光伏或者风力发电寿命已经能达到20～30年，为了实现配储的储能电站能满足全生命周期搭配风光电站的应用需求，开发超长寿命的储能电芯势在必行。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供了一种新型的、动力学性能好的石墨材料，将其用于负极极片，能够改善负极极片的动力学性能，进而用于电池，能够提高电池的循环性能，延长电池的寿命。

2、技术方案如下：

3、一种石墨，其d50为8μm～35μm，其粒径分布的峰型为单峰或双峰；

4、所述石墨的石墨化度为gd，gd为88%～95%，且gd/d50为2.6%～11.5%。

5、在其中一些实施方式中，gd/d50为3.0%～5.5%。

6、在其中一些实施方式中，所述石墨的石墨化度与其粒径呈负相关的关系。

7、在其中一些实施方式中，所述石墨的粒径分布为单峰正态分布，所述石墨的d10为10μm～15μm，d50为25μm～29μm，d90为40μm～50μm。

8、在其中一些实施方式中，所述石墨的粒径分布为双峰分布，其中，第一个峰的峰值为10μm，第二个峰的峰值为26μm，第一个峰与第二个峰的峰面积比为（1～5）：（5～9）；

9、所述石墨的d10为6μm～8μm，d25为8μm～12μm，d50为12μm～20μm，d75为20μm～40μm，d90为40μm～50μm。

10、在其中一些实施方式中，所述石墨的粒径分布为双峰分布，其中，第一个峰的峰值为10μm，第二个峰的峰值为26μm，第一个峰与第二个峰的峰面积比为（1～5）：（5～9）；

11、所述石墨的d10为6μm～8μm，d25为8μm～10μm，d50为10μm～15μm，d75为15μm～30μm，d90为30μm～50μm。

12、本发明还提供一种如上所述的石墨的制备方法，包括如下步骤：

13、对碳源、催化剂、导电剂和粘结剂的混合物料进行成型处理制备固态复合物；

14、对所述固态复合物进行石墨化处理，通过控制石墨化处理温度和时间制备所述石墨。

15、可以理解地，本发明所述的成型处理的压力、石墨化处理的温度和时间可以根据实际情况进行合理设置，所有能够得到上述石墨的成型处理的压力、石墨化处理的温度和时间均在本发明的保护范围之内，在此不作具体限定。

16、可选地，上述成型处理的压力为150mpa～250mpa，石墨化处理的温度为2500℃～3000℃，时间为15h～50h。

17、可以理解地，本发明所述的碳源、催化剂、导电剂和粘结剂为本领域常规制备石墨所用，对此不作要求。

18、可选地，所述碳源为焦原料，催化剂为四氧化三铁，导电剂为导电炭黑粘结剂为沥青。

19、同理，本发明所述的用于制备石墨的导电剂为本领域常规制备石墨所采用的导电剂，对此不作要求。可选地，用于制备石墨的导电剂为导电炭黑。

20、同理，本发明所述的用于制备石墨的粘结剂为本领域常规制备石墨所采用的粘结剂，对此不作要求。可选地，用于制备石墨的粘结剂为沥青。

21、本发明还提供一种负极活性材料，其包括如上所述的石墨。

22、本发明还提供一种负极极片，其包括负极集流体和设于所述负极集流体表面的负极活性层，所述负极活性层包括如上所述的石墨，或如上所述的负极活性材料。

23、在其中一些实施方式中，所述负极活性层还包括负极导电剂和负极粘结剂；

24、以质量百分比计，所述活性层包括所述负极活性材料85%～98%、所述负极导电剂0.5%～10%，以及所述负极粘结剂1.5%～5%。

25、在其中一些实施方式中，所述负极导电剂包括碳纳米管、碳纳米纤维、导电石墨、石墨烯、乙炔黑和炭黑中的至少一种。

26、在其中一些实施方式中，所述负极粘结剂包括丁苯橡胶、羧甲基纤维素、聚丙烯酸和聚丙烯酸酯中的至少一种。

27、本发明还提供一种储能装置，其包括如上所述的石墨，或包括如上所述的负极活性材料，或包括如上所述的负极极片。

28、本发明还提供一种用电设备，其包括如上所述的储能装置，所述储能装置为所述用电设备供电。

29、本发明至少具有如下有益效果：

30、经研究发现，（1）单颗粒人造石墨因为电化学活性比表面积降低会导致石墨脱嵌锂，反应动力学恶化，在长循环应用过程中电芯整体动力学在逐步降低，单颗粒人造石墨因为动力学差会在循环中后期存在较大的动力学不足析锂风险；（2）高石墨化度石墨晶体有序度高，石墨层间距较常规石墨化度石墨降低，石墨在循环脱嵌锂的过程中石墨片层更容易被破坏导致石墨结构坍塌，容量衰减。本发明一方面提高了石墨的粒径，利用大粒径单颗粒形貌降低副反应，另一方面，通过降低石墨化度来增大石墨层间距，降低锂离子脱嵌过程能垒，提升石墨动力学，进而解决大粒径单颗粒形貌带来的动力学恶化问题。

31、可见，本发明通过平衡石墨大粒径形貌和低石墨化度两个特性进行优势互补，在大幅降低石墨表面副反应活性位点的同时，通过增大石墨层间距提升石墨脱嵌锂动力学。将其用于负极极片，能够改善负极极片的动力学性能，进而用于电池，能够提高电池的循环性能，延长电池的寿命。

技术特征：

1.一种石墨，其特征在于，其d50为8μm～35μm，其粒径分布的峰型为单峰或双峰；

2.根据权利要求1所述的石墨，其特征在于，gd/d50为3.0%～5.5%。

3.根据权利要求1所述的石墨，其特征在于，所述石墨的石墨化度与其粒径呈负相关的关系。

4.根据权利要求1至3任一项所述的石墨，其特征在于，所述石墨的粒径分布为单峰正态分布，所述石墨的d10为10μm～15μm，d50为25μm～29μm，d90为40μm～50μm。

5.根据权利要求1至3任一项所述的石墨，其特征在于，所述石墨的粒径分布为双峰分布，其中，第一个峰的峰值为10μm，第二个峰的峰值为26μm，第一个峰与第二个峰的峰面积比为（1～5）：（5～9）；

6.根据权利要求1至3任一项所述的石墨，其特征在于，所述石墨的粒径分布为双峰分布，其中，第一个峰的峰值为10μm，第二个峰的峰值为26μm，第一个峰与第二个峰的峰面积比为（1～5）：（5～9）；

7.一种权利要求1至6任一项所述的石墨的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.一种负极活性材料，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的石墨。

9.一种负极极片，其特征在于，包括负极集流体和设于所述负极集流体表面的负极活性层，所述负极活性层包括权利要求1至6任一项所述的石墨，或权利要求8所述的负极活性材料。

10.根据权利要求9所述的负极极片，其特征在于，所述负极活性层还包括负极导电剂和负极粘结剂；

11.根据权利要求10所述的负极极片，其特征在于，满足如下（1）～（2）中的至少一项：

12.一种储能装置，其特征在于，包括权利要求1至6任一项所述的石墨，或权利要求8所述的负极活性材料，或权利要求9至11任一项所述的负极极片。

13.一种用电设备，其特征在于，包括权利要求12所述的储能装置，所述储能装置为所述用电设备供电。

技术总结本发明涉及储能技术领域，具体涉及一种石墨及其制备方法和应用。能够改善负极极片的动力学性能，进而用于电池，能够提高电池的循环性能，延长电池的寿命。一种石墨，其D50为8μm～35μm，其粒径分布的峰型为单峰或双峰；所述石墨的石墨化度为GD，GD为88%～95%，且GD/D50为2.6%～11.5%。技术研发人员：霍涛涛,赵东东,蒋治亿受保护的技术使用者：江苏天合储能有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6