WO2024108504A1 - 人造石墨及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种人造石墨及其制备方法和应用。本申请实施例人造石墨的制备方法包括如下步骤：将石墨原料进行热处理，得到人造石墨；其中，热处理的环境气氛为空气、二氧化碳中的至少一种气体或空气、二氧化碳中的至少一种气体与化学惰性气体的混合气体；且在热处理过程中，石墨原料处于静止状态。本申请实施例人造石墨制备方法通过对石墨原料的热处理条件进行控制，实现至少对石墨原料表面进行改性处理，从而使得制备的人造石墨具有适当低的压实反弹能力和高的压实密度，而且压实密度稳定；同时具有良好循环性能特性。本申请人造石墨可以作为负极活性材料和在负电极和电池中应用。
Description
本申请涉及电池技术领域，具体涉及一种人造石墨及其制备方法和应用。
节能减排是汽车产业可持续发展的关键，电动车辆由于其节能环保的优势成为汽车产业可持续发展的重要组成部分。对于电动车辆而言，电池技术又是关乎其发展的一项重要因素。
而且随着电池应用的越来越普及，对电池的相关性能如能量密度等要求越来越高，而且随着电动新能源车的市场占有率逐步的提高，当前对续航的要求越来越高。
其中，电极材料是影响电池的相关性能的重要因素之一。如在以碳为负极材料的电池中，碳负极材料对电池相关性能特别是能量密度等性能有重要影响。其中，石墨以其资源丰富、价格低廉、可逆容量高、充放电压平台低、无电压滞后、优良导电性等特点迅速受到广泛关注，对于石墨材料的研究和应用不在少数。但是公开报道的石墨存在压实反弹能力过大或过小的缺陷，压实反弹能力过大导致其压实密度低，进一步导致电极和电池的能量密度偏低，从而影响了电池的能量密度的提高；压实反弹能力过小虽然能够提高压实密度，但是导致其循环性能低，制约了电池的应用。
发明内容
鉴于上述问题，本申请实施例提供一种人造石墨及其制备方法和应用，以解决现有石墨存在不能兼顾压实密度和循环性能的技术问题。
第一方面，本申请实施例提供了一种人造石墨的制备方法。本申请实施例人造石墨的制备方法包括如下步骤：
将石墨原料进行热处理，得到人造石墨；
其中，所述热处理的环境气氛为包括空气、二氧化碳中的至少一种气体或空气、二氧化碳中的至少一种气体与化学惰性气体的混合气体；且在所述热处理过程中，所述石墨原料处于静止状态。
本申请实施例人造石墨制备方法通过对石墨原料的热处理条件进行控制，实现至少对石墨原料表面进行改性处理，从而使得制备的人造石墨具有适当低的压实反弹能 力和高的压实密度，而且压实密度稳定；同时具有良好循环性能特性。
一些实施例中，所述热处理的温度为500～900℃。
或一些实施例中，所述热处理的温度为500～900℃，且所述热处理的时间为30～180min。
通过进一步对热处理的温度或进一步对时间控制和调节，以至少提高对石墨原料表面的改性效果，使得人造石墨同时具有适当低的压实反弹能力和良好循环性能。
一些实施例中，所述混合气体中，所述空气、二氧化碳中的至少一种气体占所述混合气体总体积的5％-40％。
通过对热处理气氛气体组分进行控制和调节，能够调高以控制和调节热处理对石墨原料的改性效果。
一些实施例中，所述石墨原料的粒径Dv50为6～15μm。
一些实施例中，所述石墨原料为人造石墨原料。
通过进一步对石墨原料的粒径和原料种类进行选择，能够提高上述热处理效果，从而进一步适当降低人造石墨的压实反弹能力和提升人造石墨循环性能。
进一步实施例中，所述人造石墨材料的制备方法包括如下步骤：
将固态碳源进行破碎处理，获得颗粒状固态碳源；
将所述颗粒状固态碳源进行整形处理，获得整形颗粒；
将所述整形颗粒进行石墨化处理，得到人造石墨原料。
按照该方法制备的人造石墨原料作为上文石墨原料，能够有效对该石墨原料的表面、形貌、粒径等进行控制和调节，从而提高对石墨原料的热处理效果，从而进一步适当降低人造石墨的压实反弹能力和提升人造石墨循环性能。
进一步实施例中，所述颗粒状固态碳源的粒径D
V50不高于15μm。通过控制颗粒状固态碳源的粒径，以控制石墨化处理生成的人造石墨原料的粒径。
进一步实施例中，所述固态碳源包括石油焦、针状焦、沥青焦、冶金焦的至少一种。该些固态碳源可以有效被石墨化处理，还可以根据需要灵活控制其表面、粒径、形貌。
进一步实施例中，在将所述整形颗粒进行所述石墨化处理之前，还包括对所述整形颗粒进行造粒处理的步骤。通过对整形颗粒进行造粒处理，能够进一步控制和调节整形颗粒的表面、粒径和形貌，从而控制和调节人造石墨原料的表面、粒径和形貌，以提高人造石墨原料被热处理的改性效果。
进一步实施例中，所述造粒处理的方法包括如下步骤：
将碳源粘结剂与所述整形颗粒进行混合处理后进行造粒成型处理。
通过该方法造粒处理，能够使得造粒成型处理获得的碳源颗粒经石墨化处理后，提高人造石墨原料被热处理的改性效果。
进一步实施例中，所述石墨化处理的温度为2800～3200℃。该石墨化处理能够提高石墨化度，且提高人造石墨原料被热处理的改性效果。
第二方面，本申请实施例供了一种人造石墨。本申请实施例为由上文本申请实施例人造石墨制备方法制备的人造石墨。
由于本申请人造石墨为由上文申请实施例人造石墨制备方法制备的人造石墨。因此，本申请实施例人造石墨材料具有适当低的压实反弹能力和高的压实密度稳定性能，且人造石墨材料的压实密度高；与此同时还具有高的循环性能。
一些实施例中，人造石墨的压实密度和反弹率满足如下关系：
0.08cm
3/g≤η/P
5k≤0.15cm
3/g，且η＝(L
卸压-L
保压)/L
保压；
其中，所述P
5k为所述人造石墨粉体于5000kg压力的压实密度，单位为g/cm
3；L
保压为所述人造石墨粉体于5000kg压力下保压时的厚度；L
卸压为所述人造石墨粉体于5000kg压力施压后卸压时的厚度。
当本申请实施例人造石墨的压实密度P
5k、粉体压实反弹率满足上述等式中的关系时，本申请实施例人造石墨颗粒具有相对低的反弹能力，更高的压实密度和压实密度稳定、循环性能也更好。
一些实施例中，所述η/P
5k为0.10cm
3/g≤η/P
5k≤0.13cm
3/g。当η/P
5k比值在该范围时，使得本申请实施例人造石墨粉体具有相对低的压实反弹能力和更高的压实密度，循环性能能够得到提升。
一些实施例中，所述P
5k为1.83～2.08g/cm
3。
进一步实施例中，所述P
5k为1.85～2.05g/cm
3。
本申请实施例人造石墨的压实密度高。
一些实施例中，所述η为15.0～32％。本申请实施例人造石墨粉体的压实反弹率低。
一些实施例中，所述人造石墨还具有如下至少一种特性：
所述人造石墨的粒径Dv50为6～15μm；
所述人造石墨的BET比表面积为1.7～2.5m
2/g；
所述人造石墨的OI值为5～15；
所述人造石墨粉体于8Mpa压力下的电阻率为0.008Ω.cm～0.055Ω.cm；
所述人造石墨的振实密度为0.80～1.19g/cm
3；
所述人造石墨的石墨化度G为91～95％；
所述人造石墨的克容量为343～365mAh/g。
进一步实施例中，所述人造石墨还具有如下至少一种特性：
所述人造石墨的比表面积为1.7～2.2m
2/g；
所述人造石墨的OI值为5～10；
所述人造石墨粉体于8Mpa压力下的电阻率为0.01Ω.cm～0.042Ω.cm；
所述人造石墨的振实密度为0.85～1.16g/cm
3；
所述人造石墨的克容量为345～360mAh/g。
本申请实施例人造石墨在具有上文P
5k压实密度、η参数范围内和具有适当低的压实反弹能力和高压实密度稳定性能以及良好循环性能的基础上，还具高的比表面积特性、导电性能和振实密度等颗粒形貌特性，还具有高的克容量等性能。
第三方面，本申请实施例提供了一种负极材料。本申请实施例负极材料包括人造石墨，所述人造石墨为上文本申请实施例人造石墨。
本申请实施例负极材料的颗粒之间粘结强度高，其压实反弹能力相对低，压实密度稳定，具有高的压实密度的同时，还具有高的循环性能。
第四方面，本申请实施例提供了一种负电极。本申请实施例负电极所含的负极材料包括本申请实施例人造石墨或本申请实施例负极材料。
由于本申请实施例负电极所含的负极材料含有上文本申请实施例人造石墨，因此其所含的负极活性层压实密度高，具有高的能量密度和倍率特性，而且循环性能好。
第五方面，本申请实施例提供了一种电池。本申请实施例电池包括本申请实施例负电极。本申请实施例由于含有本申请实施例负电极，因此，电池具有高的能量密度，同时具有高的倍率性和良好的循环稳定性。
第六方面，本申请实施例提供了一种用电装置。本申请实施例用电装置包括本申请实施例电池，所述电池用于提供电能。本申请实施例用电装置待机或续航时间长。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请实施例人造石墨的制备方法流程示意图；
图2为本申请实施例二次电池的一实施方式的结构示意图；
图3为图2所示二次电池的分解示意图；
图4为本申请实施例电池模块的一实施方式结构示意图；
图5为本申请实施例电池包的一实施方式结构示意图；
图6为图5所示电池包的分解结构示意图；
图7为包含本申请实施例二次电池作为电源的用电装置的一实施方式的示意图。
具体实施方式中的附图标号如下：
10、二次电池单体，11、壳体，12、电极组件，13、盖板；
20、电池模块；
30、电池包，31、箱体，32、下箱体。
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是 指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。
在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。
在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
本申请实施例涉及的相关定义解释说明：
石墨化度(G)：是指碳原子形成密排六方石墨晶体结构的程度，其晶格尺寸越接近理想石墨的点阵参数，石墨化度就越高。其一般采用X射线衍射(XRD)法测定石墨的晶格常熟计算石墨化度，计算公式如下：
G＝(3.440-d
002)/(3.440-3.354)；
其中，d
002为X射线衍射得到的石墨(002)面的晶面间距，3.440为完全非石墨化炭(002)面的晶面间距，3.354为理想石墨化炭(002)面的晶面间距。
压实密度：是指人造石墨形成活性层的面密度与极片碾压后的厚度的比值，如压实密度＝面密度/(极片碾压后的厚度—集流体厚度)，单位：g/cm
3
振实密度：是指在规定条件下容器中的人造石墨粉末经振实后所测得的单位容积 的质量，单位为g/cm
3。
粒径D
V50：是指人造石墨的体积分布中50％所对应粒度。
目前，从市场形势的发展来看，动力电池的应用越加广泛。动力电池不仅被应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，而且还被广泛应用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车等电动交通工具，以及军事装备和航空航天等多个领域。随着动力电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增，特别是在新能源车和无人机等领域，对续航能力要求越来越高，那么必然对电池的能量密度要求越来越高。
由于采用碳材料作为负极材料制备的锂离子电池展现出了一定的安全和稳定性能，故对于碳材料的研究引起了各国研究人员的关注。碳材料主要包括石墨类碳材料、非石墨类碳材料、掺杂型碳材料、包覆型碳材料。在众多的碳负极材料中，石墨以资源丰富、价格低廉、可逆容量高，充放电压平台低、无电压滞后，优良导电性等特点迅速受到广泛关注。其中，人造石墨作为负极材料，具有循环性能和倍率性能好，对电解液的选择性好等优点。
但是发明人通过分析发现，现有的人造石墨主要集中在如何克服石墨材料本身二维结构导致的缺陷，以试图提高石墨的循环性能和倍率性等性能，但是对石墨材料的压实反弹性能和其压实密度的改性效果不明显或反而导致其能量密度降低，甚至会导致循环性能降低，难兼顾石墨材料的压实反弹性能和循环性能的平衡。
如在公开一种人造石墨改性负极材料中，其制备方法主要包括：利用强酸或强碱刻蚀人造石墨表面得到表面具有多孔结构的石墨材料A；将人造石墨材料A、无定形碳前驱体和导电剂利用机械混合得到石墨包覆前驱体B；将石墨包覆前驱体B碳化、粉碎即得到表面包覆改性的高功率型锂离子电池石墨负极材料。
发明人在对该负极材料研究中发现，采用强酸或强碱刻蚀进行表面氧化处理和无定形碳包覆处理，虽然提升人造石墨的大倍率充放电性能，但是表面的氧化处理直接导致压实密度和循环性能降低，无定形碳包覆层的压实密度也较低，从而导致阳极极片压实密度下降和不稳定，进一步的损失能量密度。同时其破碎处理还会增加表面的缺陷，恶化了负极材料的压实密度和循环性能。
为了适应市场对续航的要求，提高电池的能量密度，发明人在研究中发现，对石墨材料进行改性处理，如表面改性处理，能够有效提高石墨材料的压实密度并提高其循环性能。发明人进一步研究，人造石墨的反弹能力对极片的压实密度具有显著影响， 如单从粉体压实密度或反弹率上难以准确体现人造石墨的反弹能力。发明人研究发现，对石墨原料的热处理条件控制，能够至少对石墨原料表面结构或所含功能基团等进行改性，从而使得被改性后石墨的压实反弹能力降低的同时改善其循环性能。发明人进一步深入研究得出，当进一步对改性处理条件控制，能够将石墨粉体的压实密度和反弹率控制在某种平衡下，能够有效降低人造石墨粉体的反弹能力，提高压实密度，保证压实密度稳定，并进一步提升其循环性能。由此提出了本申请实施例人造石墨及其制备方法方案，以降低人造石墨的压实反弹能力，从而提高其压实密度和压实密度的稳定性的同时提升循环性能。
人造石墨的制备方法
第一方面，本申请实施例提供了一种人造石墨的制备方法。本申请实施例人造石墨制备方法包括如下步骤：
将石墨原料进行热处理，得到人造石墨；
其中，该热处理的环境气氛为包括空气、二氧化碳中的至少一种气体或空气、二氧化碳中的至少一种气体与化学惰性气体的混合气体；且在该热处理过程中，该石墨原料处于静止状态。
本申请实施例人造石墨制备方法将其热处理气氛控制在含空气、二氧化碳中的至少一种，该些气体具有一定的氧化或其他改性作用的成分，如空气中含有特定比例的氧气，从而能够在热处理气氛中与石墨原料之间进行反应，从而至少对石墨原料的表面进行改性处理。另外，石墨原料的静止状态是指在热处理过程中，石墨原料自身是静止的，也即是相对承载该石墨原料的基体是静止的。
因此，本申请实施例人造石墨制备方法通过对石墨原料在上述气氛和所处的状态下进行热处理，能够对石墨原料包括其表面、形貌等进行改性处理，从而使得的人造石墨具有相对低的压实反弹能力，赋予其人造石墨具有高的压实密度稳定性能和压实密度的同时，具有良好的循环性能。
实施例中，上述热处理的温度可以为500～900℃，进一步可以为500～700℃，示范例中，该热处理的温度可以是500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃等典型但非限制的温度。一实施例中，在该热处理的温度为500～900℃，进一步为500～700℃时，热处理的时间可以为30～180min。通过对热处理的温度或进一步对时间控制和调节，以控制石墨原料热处理的改性程度，如可以至少提高对石墨原料表面的改性效果，从而提高人造石墨的压实密度、反弹率等性能，进一步调节下 文η/P
5k比值的范围，从而降低人造石墨的压实反弹能力，提高其压实密度及其压实密度的稳定性的同时提高其循环性能，从而提高其电化学性能。
一些实施例中，在构建石墨原料进行热处理气氛的混合气体中，当热处理气氛为空气、二氧化碳中的至少一种气体与化学惰性气体的混合气体时，所含的空气、二氧化碳中的至少一种气体与化学惰性气体的比例可以是任意比例，因此，热处理气氛中空气、二氧化碳占混合气体总体积的0％-100％。通过对热处理气氛气体种类和浓度控制，能够调节热处理的改性效果和程度，从而提升热处理的改性效果，以进一步提升人造石墨的压实反弹能力和循环性能自身的压实密度和将其作为活性材料形成的活性层的压实密度。另外，当热处理气氛含有化学惰性气体时，化学惰性气体可以是氮气或惰性气体。另外，该热处理气氛的气体可以直接一次性导入至热处理环境中，当然也可以保持一定的速率持续导入至热初稿环境中，以保持环境中的气氛的稳定性。
一些实施例中，上述石墨原料的粒径D
v50为6～15μm。另些实施例中，上述石墨原料可以是人造石墨原料。通过对待热处理的石墨原料的粒径和原料种类进行选择，能够提高上述热处理的改性效果，从而进一步提高人造石墨的压实反弹能力和压实密度稳定性。当然，也可以直接以天然石墨为原料进行上述热处理实现改性处理。
当上述待热处理的石墨原料为人造石墨原料时，实施例中，人造石墨原料的制备方法如图1所示，包括如下步骤：
S01：将固态碳源进行破碎处理，获得颗粒状固态碳源；
S02：将颗粒状固态碳源进行整形处理，获得整形颗粒；
S03：将整形颗粒进行石墨化处理，得到人造石墨原料。
按照该方法制备的人造石墨原料作为上文待热处理的石墨原料，能够有效对该石墨原料的表面、形貌、粒径等进行控制和调节，从而提高上文热处理对石墨原料的改性效果，从而降低人造石墨压实反弹能力，同时能够提高人造石墨的压实密度和循环性能。
步骤S01：
步骤S01中的固态碳源应该是指可以用于制备石墨原料的碳源，如实施例中，该固态碳源可以包括石油焦、针状焦、沥青焦、冶金焦的至少一种。该些固态碳源可以有效被石墨化处理，还可以根据需要灵活控制其表面、粒径、形貌等，从而提高石墨化效果，以提高石墨原料的表面、粒径、形貌等性能，从而提高其热处理的改性效果，以最终降低人造石墨的压实反弹能力，提高其压实密度的稳定性和压实密度，同时提 升其循环性能。
对固态碳源进行破碎处理可以根据粒径的需要进行破碎处理，以获得相应的粒径，如实施例中，通过破碎处理获得的颗粒状固态碳源粒径D
V50不高于15μm，如可以是5～15μm。通过控制颗粒状固态碳源的粒径，以控制石墨化处理生成的人造石墨原料的粒径，从而使得被热处理获得的人造石墨的粒径控制在如上文6.0～15.0μm范围。
示范例中，该破碎处理可以但不仅仅是破碎机进行破碎处理。
步骤S02：
步骤S02中的对步骤S01中的颗粒状固态碳源进行整形处理，能够对颗粒状固态碳源颗粒进行表面、粒径等进行进一步调整处理，以实现对人造石墨原料的表面、粒径、形貌等进一步调整处理，从而提高人造石墨原料被热处理的改性效果，从而提高本申请实施例人造石墨的包括压实密度和压实密度稳定性以及循环性能等电化学性能。
示范例中，该整形处理可以是使得该固态碳源颗粒进行运动并互相摩擦，从而达到颗粒整形的目的，如可以采用整形机对颗粒状固态碳源进行处理。
一些实施例中，在整形处理之后，也即是将整形颗粒进行石墨化处理之前，还包括对整形颗粒进行造粒处理的步骤。通过对整形颗粒进行造粒处理，能够进一步控制和调节整形颗粒的表面、粒径和形貌，从而控制和调节人造石墨原料的表面、粒径和形貌，以提高人造石墨原料被热处理的改性效果，实现最终提高经热处理获得的本申请实施例人造石墨的包括压实密度和压实密度稳定性以及循环性能等电化学性能。
实施例中，该造粒处理的方法可以包括如下步骤：
将碳源粘结剂与上述整形颗粒进行混合处理后进行造粒成型处理。
采用碳源粘结剂与整形颗粒进行混合处理后，粘结剂能够有效将整形颗粒进行包覆等粘结处理，经造粒成型处理后，能够对整形颗粒表面、颗粒形貌等进行调节或可以将粒径过小的颗粒进行粘结形成二次颗粒，从而使得造粒成型处理获得的碳源颗粒经石墨化处理后，使得人造石墨原料的表面、粒径和形貌得到进一步改善，从而进一步提高人造石墨原料被热处理的改性效果，实现最终提高经热处理获得的本申请实施例人造石墨的包括压实密度和压实密度稳定性以及循环性能等电化学性能。
实施例中，碳源粘结剂可以是按照碳源粘结剂的质量为整形颗粒的5～15％的比例与整形颗粒进行混合处理。
示范例中，碳源粘结剂可以包括沥青、高分子聚合物(如环氧树脂等)中的至少 一种。当碳源粘结剂为沥青时，是将熔融的沥青与整形颗粒进行混合处理，使得熔融的沥青与整形颗粒充分分散。
经造粒成型处理获得的碳源颗粒应该保证经石墨化处理获得的人造石墨原料的粒径D
v50为6～15μm。
步骤S03：
步骤S03中通过对整形颗粒或经造粒处理获得的碳源颗粒进行石墨化处理，使得整形颗粒或碳源颗粒被石墨化，从而生成人造石墨原料。而且是以整形颗粒或碳源颗粒为人造石墨原料前驱体，因此，石墨化生成的人造石墨原料的表面、粒径和形貌得到进一步改善，从而进一步提高人造石墨原料被热处理的改性效果，实现最终提高经热处理获得的人造石墨的包括压实密度和压实密度稳定以及循环性能等电化学性能。
实施例中，石墨化处理的温度可以为2800～3200℃。通过对石墨化的温度或进一步对时间控制和调节，能够进一步改善人造石墨原料的表面、粒径和形貌等，以进一步提高人造石墨原料被热处理的改性效果。如经过该石墨化处理，获得的人造石墨原料的石墨化度G可以是91～95％，进一步可以是91～94％。
人造石墨材料
第二方面，本申请实施例提供了一种人造石墨。本申请实施例人造石墨为由上文本申请实施例人造石墨制备方法制备的人造石墨。
由于本申请人造石墨为由上文申请实施例人造石墨制备方法制备的人造石墨。因此，本申请实施例人造石墨材料相对常规的人造石墨而言，其表面性能等特征至少得到了改性。经检测得知，本申请实施例人造石墨至少具有相对低的压实反弹能力，高的压实密度稳定性能和压实密度高，且同时提升了循环性能。
实施例中，发明人在对本申请实施例人造石墨检测中得出，本申请实施例人造石墨的压实密度和反弹率满足如下关系：
0.08cm
3/g≤η/P
5k≤0.15cm
3/g，且η＝(L
卸压-L
保压)/L
保压；
其中，P
5k为本申请实施例人造石墨的粉体于5000kg压力下保压30s、卸压10s后的压实密度，示范例中，该P
5k可以为本申请实施例人造石墨的粉体于5000kg压力下保压30s、卸压10s后的压实密度，单位为g/cm
3；
L
保压为本申请实施例人造石墨的粉体于5000kg压力下保压30s时的厚度；L
卸压为人造石墨粉体于5000kg压力下保压30s、卸压10s后的厚度。示范例中，L
保压可以为本申请实施例人造石墨的粉体于5000kg压力下保压30s时的厚度；L
卸压为人造石墨粉 体于5000kg压力下保压30s、卸压10s后的厚度。
基于η的公式，η为本申请实施例人造石墨的该L
保压和L
卸压的变化率，单位可以是％。
依据P
5k单位和η的定义，η/P
5k的单位cm
3/g。
发明人通过研究发现，经由上文本申请实施例人造石墨制备方法制备的人造石墨，也即是本申请实施例人造石墨的压实密度P
5k、粉体压实反弹率符合上述等式中的关系，本申请实施例人造石墨颗粒具有相对低的反弹能力，这样本申请实施例人造石墨粉体具有相对低的压实反弹性能，从而赋予本申请实施例人造石墨颗粒具有高的压实密度稳定性和压实密度，同时提升了循环性能。由此，将其作为负极材料时，能够相应提高负极和电池的能量密度和循环性能。
一些实施例中，发明人进一步研究测试得知，通过上文本申请实施例人造石墨制备方法中的热处理的条件进行调节，能够实现对本申请实施例人造石墨的压实密度P
5k、粉体压实反弹率进行控制和调整，使得η/P
5k为0.10cm
3/g～0.13cm
3/g，也即是0.10cm
3/g≤η/P
5k≤0.13cm
3/g。当η/P
5k在该范围时，本申请实施例人造石墨颗粒的压实反弹能力进一步降低，压实密度稳定性和压实密度更高，同时兼顾循环性能的提升。
一些实施例中，经检测，本申请实施例人造石墨的P
5k为1.83～2.08g/cm
3，进一步可以是1.85～2.08g/cm
3，具体可以是1.83g/cm
3、1.85g/cm
3、1.90g/cm
3、1.95g/cm
3、2g/cm
3、2.05g/cm
3、2.10g/cm
3等典型但非限制性的P
5k压实密度。其中，该P
5k数值为本申请实施例人造石墨的粉体于5000kg压力下保压30s、卸压10s后的压实密度数值。
一些实施例中，本申请实施例人造石墨的η为15～32％，进一步可以是15～28％。
将本申请实施例人造石墨的上文P
5k压实密度和η控制在该范围时，能够调整优化上文的η/P
5k值，如控制在0.08cm
3/g～0.15cm
3/g，进一步可以控制在0.10cm
3/g～0.13cm
3/g。从而使得本申请实施例人造石墨粉体的反弹能力相对更低，压实密度更高，且压实密度更稳定，与此同时，循环性能也得到了提升。
一些实施例中，发明人进一步研究测试得知，上述本申请实施例人造石墨在具有上文压实P
5k压实密度和η范围的基础上，还具有如下至少一特征：
人造石墨的粒径Dv50为6～15μm。
人造石墨的BET比表面积可以为1.7～2.5m
2/g，进一步可以是1.7～2.2m
2/g；示范例中，可以是1.7m
2/g、1.8m
2/g、1.9m
2/g、2.0m
2/g、2.1m
2/g、2.2m
2/g等典型但非限制性的比表面积。
人造石墨的OI值可以为5～15，进一步可以是5～10；示范例中，可以是5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15等典型但非限制性的值。
人造石墨粉体于8Mpa压力下的电阻率为0.008Ω.cm～0.055Ω.cm，进一步可以是0.01Ω.cm～0.042Ω.cm；示范例中，可以是0.008Ω.cm、0.01Ω.cm、0.015Ω.cm、0.02Ω.cm、0.025Ω.cm、0.03Ω.cm、0.035Ω.cm、0.04Ω.cm、0.042Ω.cm等典型但非限制性的电阻率。
人造石墨的振实密度可以为0.80～1.19g/cm
3，进一步可以是0.85～1.16g/cm
3；示范例中，可以是0.80g/cm
3、0.85g/cm
3、0.90g/cm
3、0.95g/cm
3、1.00g/cm
3、1.05g/cm
3、1.10g/cm
3、1.15g/cm
3、1.19g/cm
3等典型但非限制性的振实密度。
人造石墨的克容量可以为343～365mAh/g，进一步可以是345～360mAh/g；示范例中，可以是343mAh/g、345mAh/g、348mAh/g、350mAh/g、353mAh/g、355mAh/g、358mAh/g、360mAh/g、362mAh/g、365mAh/g等典型但非限制性的克容量。
人造石墨的石墨化度G可以控制为91～95％，进一步可以是91～94％。
因此，本申请实施例人造石墨在具有低的压实反弹能力和高压实密度以及良好循环性能的基础上，其P
5k压实密度、反弹率满足上述关系式，还具高的比表面积特性、利于离子扩散特性和振实密度等颗粒形貌特性，该些颗粒形貌特性能够进一步提高本申请实施例人造石墨的导电率和压实密度以及低的反弹能力，而且赋予本申请实施例人造石墨高的克容量。
负极材料
第三方面，本申请实施例提供了一种负极材料。本申请实施例负极材料包括人造石墨。
在本申请实施例负极材料中，其所含的该人造石墨为上文本申请实施例人造石墨。这样，本申请实施例负极材料的颗粒之间粘结强度高，其压实反弹能力低，压实密度稳定，而且具有高的压实密度，同时还具有高的循环性能。因此，含有本申请实施例负极材料的电极具有高的能量密度和循环性能。
当然，本申请实施例负极材料除了含有上文本申请实施例人造石墨之外，还可以含有其他负极材料或能够协助负极材料发挥其作用的添加剂。主要是能够与人造石墨复配发挥负极材料活性作用或者协助提高人造石墨发挥其负极材料活性作用的其他负极材料或添加剂均在本申请实施例公开的范围。
负电极
第四方面，本申请实施例提供了一种负电极。本申请实施例负电极所含的负极材料包括上文本申请实施例人造石墨或本申请实施例负极材料。
由于本申请实施例负电极所含的负极材料含有上文本申请实施例人造石墨。因此，该负极材料所形成的负极活性层压实密度高，压实反弹性低，且导电性好，从而赋予本申请实施例负电极具有高的能量密度和倍率特性，而且循环性能好。
实施例中，该本申请实施例负电极可以是包括负极集流体和结合在负极集流体上的负极活性层。
其中，本申请实施例负电极所含的负极集流体可以是铜箔，当然还可以是其他负极集流体。负极集流体的厚度等性能可以根据具体的应用的需要进行调整。
实施例中，本申请实施例负电极所含的负极活性层除了含有上文本申请实施例人造石墨或本申请实施例负极材料之外，还可以含有导电剂、粘结剂、增稠剂等组分。
示范例中，该粘结剂的可以包括丁苯胶乳粘结剂(SBR)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸钠(PAAS)、聚丙烯酰胺(PAM)、聚乙烯醇(PVA)、丁苯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)、海藻酸钠(SA)、聚甲基丙烯酸(PMAA)及羧甲基壳聚糖(CMCS)中的至少一种。该些种类的粘结剂能够增强负极材料颗粒之间的粘结强度，提高负极活性层的力学性能，提高本申请实施例负电极的能量密度和循环性能。
示范例中，该导电剂可以包括Super P、石墨、超导碳、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳点、碳纳米管、石墨烯和碳纳米纤维中的至少一种。该些种类的导电剂能够均匀分散，与负极活性层所含的改性石墨等组分起到导电的增效作用，提高负极活性层的电子导率。
示范例中，增稠剂可以包括羧甲基纤维素钠(CMC-Na)中的至少一种。该些增稠剂能够有效提高负极活性层所含材料分散的均匀性，从而提高负极活性层力学均一性，从而提高提高本申请实施例负电极的能量密度和循环性能。
电池
第五方面，本申请实施例提供了一种电池，其包括负电极，负电极为上文本申请实施例负电极，也即是负电极中含有上文本申请实施例人造石墨。
示范例中，本申请实施例电池可以是二次电池。当本申请实施例电池为二次电池时，其包括正电极、隔膜和负电极。也即是，二次电池所含的负电极为上文本申请实施例负电极，也即是负电极中含有上文本申请实施例人造石墨。
这样，本申请实施例电池具体如二次电池具有高的能量密度，同时具有高的倍率 性和良好的循环稳定性。
实施例中，本申请实施例二次电池可以包括电池单体、电池模块、电池包中的任一种。
其中，电池单体是指包括电池壳体和封装于该电池壳体内的电芯。电池单体的形状没有特别的限制，其可以是圆柱形、方形或其他任意的形状。如图2所示的方形结构的电池单体10。
在一些实施例中，如图3所示，电池单体10的外包装可包括壳体11和盖板13。壳体11可包括底板和连接于底板上的侧板，底板和侧板围合形成容纳腔。壳体11具有与容纳腔连通的开口，盖板13用于盖设开口，以封闭容纳腔。本申请实施例二次电池所含的正电极、隔膜和负电极可经卷绕工艺和/或叠片工艺形成电极组件12。电极组件12封装于容纳腔。电解液浸润于电极组件12中。电池单体10所含电极组件12的数量可以为一个或多个，可以根据实际需求来调节。
电池单体10的制备方法是公知的。在一些实施例中，可将正电极、隔膜和负电极和电解液组装形成电池单体10。作为示例，可将正电极、隔膜和负电极经卷绕工艺或叠片工艺形成电极组件12，将电极组件12置于外包装中，烘干后注入电解液，经过真空封装、静置、化成、整形等工序，得到电池单体10。
电池模块是指由该电池单体10组装而成，也即是可以含有多个该电池单体10，具体数量可根据电池模块的应用和容量来调节。
一些实施例中，图4是作为一个示例的电池模块20的示意图。如图4所示，在电池模块20中，多个电池单体10可以是沿电池模块20的长度方向依次排列设置。当然，也可以按照其他任意的方式进行排布。进一步可以通过紧固件将该多个电池单体10进行固定。
可选地，电池模块20还可以包括具有容纳空间的外壳，多个电池单体10容纳于该容纳空间。
电池包是指由上文电池单体10组装而成，也即是可以含有多个电池单体10，其中，多个该电池单体10可以组装成上文电池模块20。电池包所含的电池单体10或电池模块20具体数量可根据电池包的应用和容量进行调节。
如实施例中，图5和图6是作为一个示例的电池包30的示意图。在电池包30中可以包括电池箱和设置于电池箱中的多个电池模块20。电池箱包括上箱体31和下箱体32，上箱体31用于盖设下箱体32，并形成用于容纳电池模块20的封闭空间。多个 电池模块20可以按照任意的方式排布于电池箱中。
用电装置
第六方面，本申请实施例还提供一种用电装置，用电装置包括上文本申请实施例二次电池。二次电池可以用作用电装置的电源，也可以用作用电装置的能量存储单元。因此本申请实施例用电装置待机或续航时间长。
用电装置可以但不限于是移动设备(例如手机、笔记本电脑等)、电动车辆(例如纯电动车、混合动力电动车、插电式混合动力电动车、电动自行车、电动踏板车、电动高尔夫球车、电动卡车等)、电气列车、船舶及卫星、储能系统等。该用电装置可以根据其使用需求来选择二次电池、电池模块或电池包。
图7是作为一个示例的用电装置的示意图。该用电装置为纯电动车、混合动力电动车、或插电式混合动力电动车等。为了满足该用电装置对高功率和高能量密度的需求，可以采用电池包或电池模块。
作为另一个示例的用电装置可以是手机、平板电脑、笔记本电脑等。该用电装置通常要求轻薄化，可以采用二次电池作为电源。
实施例
以下，说明本申请的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
1.人造石墨及其制备方法实施例
实施例A1
本实施例提供了一种人造石墨及其制备方法。本实施例人造石墨制备方法包括如下步骤：
S1.人造石墨原料的制备：
S11：将石油焦原料经过颚式破碎机粗碎，机械磨细碎后并进行分级，颗粒状固态碳源；
S12：将步骤S11中的颗粒状固态碳源进行整形处理，得到Dv50为10μm的整形颗粒；
S13：加入步骤S12中整形颗粒质量10％的粘结剂沥青(Dv50为5μm～8μm)与整形颗粒进行混合处理，搅拌速度为1200r/min，升温至560℃，造粒处理至15μm， 得到碳源颗粒；
S14：将步骤S13所得碳源颗粒进行3000℃石墨化处理后筛分得到，得到人造石墨；
S2.热处理：
将步骤S1制备的人造石墨原料置于CVD炉腔内，通过设备进气系统向炉腔内通入空气，将CVD炉程序升温至700℃并使得人造石墨原料处于静止状态进行热处理30分钟，在炉腔内完成表面处理过程经冷却，得到人造石墨。
实施例A2
本实施例提供了一种人造石墨及其制备方法。本实施例人造石墨制备方法包括如下步骤：
S1.人造石墨原料的制备：参考实施例A1的步骤S1；
S2.热处理：
将步骤S1制备的人造石墨原料置于CVD炉腔内，通过设备进气系统向炉腔内通入空气，将CVD炉程序升温至400℃并使得人造石墨原料处于静止状态进行热处理60分钟，在炉腔内完成表面处理过程经冷却，得到人造石墨。
实施例A3
本实施例提供了一种人造石墨及其制备方法。本实施例人造石墨制备方法包括如下步骤：
S1.人造石墨原料的制备：参考实施例A1的步骤S1；
S2.热处理：
将步骤S1制备的人造石墨原料置于CVD炉腔内，通过设备进气系统向炉腔内通入CO
2，将CVD炉程序升温至700℃并使得人造石墨原料处于静止状态进行热处理60分钟，在炉腔内完成表面处理过程经冷却，得到人造石墨。
实施例A4
本实施例提供了一种人造石墨及其制备方法。本实施例人造石墨制备方法包括如下步骤：
S1.人造石墨原料的制备：参考实施例A1的步骤S1；
S2.热处理：
将步骤S1制备的人造石墨原料置于CVD炉腔内，通过设备进气系统向炉腔内通入CO
2，将CVD炉程序升温至400℃并使得人造石墨原料处于静止状态进行热处理 180分钟，在炉腔内完成表面处理过程经冷却，得到人造石墨。
实施例A5
本实施例提供了一种人造石墨及其制备方法。本实施例人造石墨制备方法包括如下步骤：
S1.人造石墨原料的制备：参考实施例A1的步骤S1；
S2.热处理：
将步骤S1制备的人造石墨原料置于CVD炉腔内，通过设备进气系统向炉腔内通入空气，将CVD炉程序升温至400℃并使得人造石墨原料处于静止状态进行热处理90分钟，在炉腔内完成表面处理过程经冷却，得到人造石墨。
实施例A6
本实施例提供了一种人造石墨及其制备方法。本实施例人造石墨制备方法包括如下步骤：
S1.人造石墨原料的制备：参考实施例A1的步骤S1；
S2.热处理：
将步骤S1制备的人造石墨原料置于CVD炉腔内，通过设备进气系统向炉腔内通入空气，将CVD炉程序升温至600℃并使得人造石墨原料处于静止状态进行热处理45钟，在炉腔内完成表面处理过程经冷却，得到人造石墨。
实施例A7
本实施例提供了一种人造石墨及其制备方法。本实施例人造石墨制备方法包括如下步骤：
S1.人造石墨原料的制备：参考实施例A1的步骤S1；
S2.热处理：
将步骤S1制备的人造石墨原料置于CVD炉腔内，通过设备进气系统向炉腔内通入CO
2，将CVD炉程序升温至700℃并使得人造石墨原料处于静止状态进行热处理180分钟，在炉腔内完成表面处理过程经冷却，得到人造石墨。
实施例A8
本实施例提供了一种人造石墨及其制备方法。本实施例人造石墨制备方法包括如下步骤：
S1.人造石墨原料的制备：参考实施例A1的步骤S1；
S2.热处理：
将步骤S1制备的人造石墨原料置于CVD炉腔内，通过设备进气系统向炉腔内通入CO
2，将CVD炉程序升温至500℃并使得人造石墨原料处于静止状态进行热处理120分钟，在炉腔内完成表面处理过程经冷却，得到人造石墨。
对比例A1
对比例提供了一种人造石墨及其制备方法。本对比例人造石墨为实施例A1中步骤S1制备的人造石墨。
本对比例人造石墨制备方法包括如下步骤：
按照实施例A1中人造石墨制备方法的步骤S1制备人造石墨。
对比例A2
本对比例提供了一种人造石墨及其制备方法。本对比例人造石墨制备方法包括如下步骤：
S1.人造石墨原料的制备：参考实施例A1的步骤S1；
S2.热处理：
S将步骤S1制备的人造石墨原料置于CVD炉腔内，炉内气氛保持为真空，将CVD炉程序升温至300℃进行热处理60分钟，在炉腔内完成表面处理过程经冷却，得到人造石墨。
对比例A3
本对比例提供了一种人造石墨及其制备方法。本对比例人造石墨制备方法包括如下步骤：
S1.人造石墨原料的制备：参考实施例A1的步骤S1；
S2.热处理：
S将步骤S1制备的人造石墨原料置于CVD炉腔内，通过设备进气系统向炉腔内通入氮气，将CVD炉程序升温至700℃进行热处理180分钟，在炉腔内完成表面处理过程经冷却，得到人造石墨。
对比例A4
本对比例提供了一种人造石墨及其制备方法。本对比例人造石墨制备方法包括如下步骤：
S1.人造石墨原料的制备：参考实施例A1的步骤S1；
S2.热处理：
S将步骤S1制备的人造石墨原料置于CVD炉腔内，通过设备进气系统向炉腔内 通入氮气，将CVD炉程序升温至700℃进行热处理60分钟，在炉腔内完成表面处理过程经冷却，得到人造石墨。
对比例A5
本对比例提供了一种人造石墨及其制备方法。本对比例人造石墨制备方法包括如下步骤：
S1.人造石墨原料的制备：参考实施例A1的步骤S1；
S2.热处理：
S将步骤S1制备的人造石墨原料置于CVD炉腔内，通过设备进气系统向炉腔内通入氧气，将CVD炉程序升温至900℃进行热处理30分钟，在炉腔内完成表面处理过程经冷却，得到人造石墨。
对比例A6
本对比例提供了一种人造石墨及其制备方法。本对比例人造石墨制备方法包括如下步骤：
S1.人造石墨原料的制备：参考实施例A1的步骤S1；
S2.热处理：
S将步骤S1制备的人造石墨原料置于CVD炉腔内，通过设备进气系统向炉腔内通入氮气，将CVD炉程序升温至800℃进行热处理45分钟，在炉腔内完成表面处理过程经冷却，得到人造石墨。
2.二次电池单体实施例
实施例B1至实施例B8和对比例B1至对比例B6
本实施例B1至实施例B8和对比例B1至对比例B6分别提供一种二次电池单体，各二次电池单体包括正电极、隔膜和负电极形成的电芯，还包括电解液。其中，
正电极按照如下方法制备：
将正极活性材料LiNi
0.5Co
0.2Mn
0.3O
2(NCM523)、导电剂(Super P)、粘结剂PVDF按96.2:2.7:1.1的重量比在适量的NMP中充分搅拌混合，使其形成均匀的正极浆料；将正极浆料涂覆于正极集流体铝箔的表面上，经干燥、冷压后，得到正极极片；测得正电极的压实密度为3.45g/cm
3；
负电极按照如下方法制备：
将人造石墨、导电剂(Super P)、粘结剂(SBR)、增稠剂(CMC-Na)按96.2:0.8:1.8:1.2的质量比在适量的去离子水中充分搅拌混合，使其形成均匀的负极浆料；将负极浆料涂覆 于负极集流体铜箔的表面上，经干燥、冷压后，得到负极极片，其中，人造石墨为上文实施例A1至实施例A8中提供的人造石墨和对比例A1至对比例A6中提供的人造石墨，且将实施例A1中提供的人造石墨制作实施例B1中二次电池单体所含的负电极，实施例A2中提供的人造石墨制作实施例B2中二次电池单体所含的负电极，、、、，依次类推，对比例A1中提供的人造石墨制作对比例B1中二次电池单体所含的负电极；且负电极的压实密度和面密度分别如表1中所示。
电解液：将碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二乙酯(DEC)体积比1:1:1混合，然后将LiPF
6均匀溶解在上述溶液中得到电解液，其中LiPF
6的浓度为1mol/L；
隔离膜：聚乙烯(PE)薄膜。
二次电池组装：按照正电极/隔膜/负电极层叠顺序依次层叠形成电芯，并将裸电芯置于外包装中，注入上述电解液并封装，分别得到二次电池单体。
人造石墨和二次电池单体相关数据测试
对上述各实施例和对比例中提供的人造石墨和二次电池单体分别进行如下表1中相关项目测试，测试结果如下表1中所示：
表1中的相关性能按照国标或行标测定。
表1
由表1可知，当按照本申请实施例人造石墨制备方法对石墨原料按照本申请特定的热处理后，能够有效对石墨原料至少包括表面性能进行改性处理，有效改变人造石墨的物理和电化学性能，如能够使得人造石墨材料的5000kg粉体压实密度P
5k和反弹率η满足关系0.08≤η/P
5k≤0.15，相应的负极极片的压实密度得到了有效的提升，因此可以有效的提升电芯的能量密度。同时当η/P5k在0.08～0.15范围内时，人造石墨材料的表面处理程度适宜，在提升其粉体压实密度的同时不会过多引入含氧官能团恶化其循环性能。
而未经本申请实施例制备方法处理的如对比例B1中石墨原料的压实反弹率虽然明显低于本申请实施例制备方法制备的人造石墨的压实反率，但是其η/P
5k不在0.08～0.15范围，因此，导致极片的压实密度也明显偏低。
当采用如对比例B2至B3中其他热处理条件对石墨原料进行热处理改性时，获得的人造石墨压实反弹率明显低于本申请实施例制备方法制备的人造石墨的压实反弹率，而且η/P
5k也不在0.08～0.15范围，如η/P
5k均＜0.07，难以有效的提升负极极片的压实密度从而无法达到提升能量密度的作用；
当采用如对比例B4至B6的中其他热处理条件对石墨原料进行热处理改性时，获得的人造石墨压实反弹率明显高于本申请实施例制备方法制备的人造石墨的压实反弹率，而且η/P
5k也不在0.08～0.15范围，如η/P5k＞均0.17，表面处理相对对比例B1至B3能够有效提升材料粉体压实密度从而提升极片压实密度进一步改善能量密度，但是过度的表面处理会对石墨材料表面造成严重的刻蚀作用，造成循环过程锂消耗的增加，导致循环性能的恶化。
因此，按照本申请实施例人造石墨制备方法对石墨原料按照本申请特定的热处理后，使得改性后的人造石墨具有相对低的压实反弹能力，同时具有高的压实密度。进一步地，还能够有效使得改性后的人造石墨的η/P
5k控制在适当的范围，如控制在0.08cm
3/g～0.15cm
3/g，进一步可以控制在0.10cm
3/g～0.13cm
3/g之间，进一步改善本申请实施例人造石墨的压实反弹能力，提高压实密度，且压实密度稳定，与此同时还能 提高循环性能，能够实现人造石墨的反弹能力与循环性能的平衡。由此，将其作为负极材料时，能够相应提高负极和电池的能量密度，且导电率高，利用制备的负电极所含负极活性层压实密度高，能量密度高，而且负极活性层结构稳定，循环性能好，从而赋予含有该负电极的二次电池单体具有高的能量密度，同时还具有高的倍率性和良好的循环稳定性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (17)
- 一种人造石墨的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将石墨原料进行热处理，得到人造石墨；其中，所述热处理的环境气氛为包括空气、二氧化碳中的至少一种气体或空气、二氧化碳中的至少一种气体与化学惰性气体的混合气体；且在所述热处理过程中，所述石墨原料处于静止状态。
- 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述热处理的温度为500～900℃；或所述热处理的温度为500～900℃，且所述热处理的时间为30～180min。
- 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述混合气体中，所述空气、二氧化碳中的至少一种气体占所述混合气体总体积的5％-40％；和/或所述石墨原料的粒径Dv50为6～15μm；和/或所述石墨原料为人造石墨原料。
- 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述人造石墨原料的制备方法包括如下步骤：将固态碳源进行破碎处理，获得颗粒状固态碳源；将所述颗粒状固态碳源进行整形处理，获得整形颗粒；将所述整形颗粒进行石墨化处理，得到人造石墨原料。
- 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述颗粒状固态碳源的粒径D V50为5～15μm；和/或所述固态碳源包括石油焦、针状焦、沥青焦、冶金焦的至少一种；和/或所述石墨化处理的温度为2800～3200℃；和/或在将所述整形颗粒进行所述石墨化处理之前，还包括对所述整形颗粒进行造粒处理的步骤。
- 根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述造粒处理的方法包括如下步骤：将碳源粘结剂与所述整形颗粒进行混合处理后进行造粒成型处理。
- 一种人造石墨，其特征在于：所述人造石墨为由权利要求1～6任一项所述的制备方法制备的人造石墨。
- 根据权利要求7所述的人造石墨，其特征在于，所述人造石墨的压实密度和反 弹率满足如下关系：0.08cm 3/g≤η/P 5k≤0.15cm 3/g，且η＝(L 卸压-L 保压)/L 保压；其中，所述P 5k为所述人造石墨的粉体于5000kg压力的压实密度，单位为g/cm 3；L 保压为所述人造石墨的粉体于5000kg压力下保压时的厚度；L 卸压为所述人造石墨的粉体于5000kg压力施压后卸压时的厚度。
- 根据权利要求7或8所述的人造石墨，其特征在于：所述η/P 5k为0.10cm 3/g≤η/P 5k≤0.13cm 3/g。
- 根据权利要求7～9任一项所述的人造石墨，其特征在于：所述P 5k为1.83～2.08g/cm 3；和/或所述η为15.0～32％。
- 根据权利要求7～10任一项所述的人造石墨，其特征在于：所述P 5k为1.85～2.05g/cm 3。
- 根据权利要求7～11任一项所述的人造石墨，其特征在于：所述人造石墨还具有如下至少一种特性：所述人造石墨的粒径Dv50为6～15μm；和/或所述人造石墨的BET比表面积为1.7～2.5m 2/g；和/或所述人造石墨的OI值为5～15；和/或所述人造石墨粉体于8Mpa压力下的电阻率为0.008Ω.cm～0.055Ω.cm；和/或所述人造石墨的振实密度为0.80～1.19g/cm 3；和/或所述人造石墨的石墨化度G为91～95％；和/或所述人造石墨的克容量为343～365mAh/g。
- 根据权利要求7～12任一项所述的人造石墨，其特征在于：所述人造石墨还具有如下至少一种特性：所述人造石墨的比表面积为1.7～2.2m 2/g；和/或所述人造石墨的OI值为5～10；和/或所述人造石墨粉体于8Mpa压力下的电阻率为0.01Ω.cm～0.042Ω.cm；和/或所述人造石墨的振实密度为0.85～1.16g/cm 3；和/或所述人造石墨的克容量为345～360mAh/g。
- 一种负极材料，其特征在于：包括人造石墨，所述人造石墨为权利要求7～13任一项所述的人造石墨。
- 一种负电极，其特征在于：所述负电极所含的负极材料包括权利要求7～13任一项所述的人造石墨或权利要求14所述的负极材料。
- 一种电池，其特征在于：包括权利要求15所述的负电极。
- 一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括如权利要求16所述的电池，所述电池用于提供电能。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2022961590 Country of ref document: EP Effective date: 20240417 |