本發(fā)明屬于石墨負(fù)極材料制備，尤其涉及一種充放電參數(shù)可調(diào)石墨負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、目前商業(yè)化鋰離子電池負(fù)極材料主要是碳基負(fù)極，包括天然石墨和人造石墨。

2、天然石墨是遠(yuǎn)古動植物被深埋后，在高壓高溫等條件下經(jīng)過漫長地質(zhì)演變而成，按結(jié)晶度天然石墨可分為磷片石墨和土狀石墨兩類。磷片石墨形貌似魚磷，石墨化程度大于98％，宏觀上表現(xiàn)出各向異性，作為鋰離子電池負(fù)極首次庫倫效率為90％～93％。在0.1c電流密度下，其可逆比容量為340～370mah?g-1，幾乎接近理論比容量，但石墨片層易發(fā)生剝離，導(dǎo)致電池的循環(huán)性能不理想。

3、天然鱗片石墨負(fù)極材料存在以下幾個缺點：

4、(1)鱗片石墨粉具有較大的比表面積，對負(fù)極的首次充放電效率有較大影響；

5、(2)石墨的片層結(jié)構(gòu)決定了li+只能從材料端面嵌入，并逐漸擴(kuò)散入顆粒內(nèi)部，由于鱗片石墨的各向異性，li+擴(kuò)散路徑較長且不均勻，導(dǎo)致其比容量較低；

6、(3)石墨的層間距較小，增加了li+的擴(kuò)散阻力，且倍率性能較差，快速充電時li+易在石墨表面沉積形成鋰枝晶，導(dǎo)致嚴(yán)重的安全隱患。

7、為解決以上鱗片石墨固有的缺點，往往需要對天然石墨進(jìn)行改性，改善其自身結(jié)構(gòu)缺點，從而提高天然石墨負(fù)極材料的性能。

8、在天然石墨負(fù)極材料的制備過程中，對天然石墨的改性處理極其重要。因為在鋰離子電池中，天然石墨粉末的顆粒外表面反應(yīng)活性不均勻，晶粒粒度較大，在充放電過程中表面晶體結(jié)構(gòu)容易被破壞，存在表面sei膜覆蓋不均勻，導(dǎo)致初始庫侖效率低、倍率性能不好等缺點。因此需要對天然石墨進(jìn)行改性，以優(yōu)化負(fù)極材料的性能。

9、然而，目前市面上傳統(tǒng)的石墨負(fù)極材料制備工藝普遍采用對石墨進(jìn)行球形化處理、表面處理和摻雜改性等技術(shù)對天然石墨進(jìn)行處理，傳統(tǒng)的制備工藝采用瀝青一次包覆和二次包覆的工藝流程，屬于化工工藝，需要大量使用強(qiáng)酸且消耗水資源巨大，石墨化環(huán)節(jié)需要2000攝氏度恒溫，消耗大量電力資源，每噸負(fù)極材料生產(chǎn)需要消耗10000度電，存在高能耗、高成本，且污染環(huán)境的缺陷問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實施例的目的在于提供一種充放電參數(shù)可調(diào)石墨負(fù)極材料的制備方法，以解決現(xiàn)有的石墨負(fù)極材料制備工藝需要高溫石墨化工序，存在高能耗、高成本，且污染環(huán)境的問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例采用的技術(shù)方案是：

3、一種充放電參數(shù)可調(diào)石墨負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

4、s1：預(yù)處理，對天然石墨顆粒原材料進(jìn)行預(yù)處理，得到所需粒徑級別的石墨顆粒；

5、s2：電磁改性，對石墨顆粒的表面進(jìn)行電磁改性處理，對石墨顆粒表面進(jìn)行摩擦，使其表面更加光滑，形成有序排列狀態(tài)，得到電磁改性石墨顆粒；

6、s3：顆粒整形，將電磁改性后的石墨顆粒進(jìn)行整形分篩，得到所需級別粒徑的改性石墨顆粒；

7、s4：插層剪切，對整形后的電磁改性石墨顆粒進(jìn)行插層剪切處理，破壞碳層間的范德華力，使石墨顆粒的碳層與碳層之間進(jìn)行分離，減少碳層數(shù)，增大比表面積，得到片層狀石墨碎片和石墨小顆粒；

8、s5：離心篩分，將得到的片層狀石墨碎片和石墨小顆粒采用離心機(jī)進(jìn)行篩分處理，去除不需要的石墨碎片和小顆粒后，然后根據(jù)設(shè)定的粒徑大小規(guī)格對剩余的石墨顆粒進(jìn)行篩分處理，得到不同粒徑要求的改性負(fù)極材料石墨顆粒；

9、s6：干燥磁選，將得到的不同粒徑要求的改性負(fù)極材料石墨顆粒進(jìn)行干燥處理，然后進(jìn)行磁選處理，去除殘留的金屬雜質(zhì)。

10、可選地，步驟s1中所述的預(yù)處理的具體方法如下：

11、上料風(fēng)選除雜，將天然石墨顆粒原料通過真空上料機(jī)轉(zhuǎn)入料斗，并將天然石墨顆粒原料中的雜質(zhì)清除；

12、氣流破碎，將清除雜質(zhì)后的天然石墨顆粒原料由料斗放入空氣流磨中進(jìn)行氣流磨粉，得到粒徑為23μm的石墨顆粒；

13、分級，天然石墨顆粒原料經(jīng)過氣流磨粉后，采用旋風(fēng)收塵器收集所需粒徑級別的石墨顆粒。

14、可選地，步驟s2中所述的電磁改性的具體方法如下：

15、將步驟s1中得到的石墨顆粒放置在封閉的電磁箱體的內(nèi)部的上方，電磁改性箱體的內(nèi)底部設(shè)置有電磁感應(yīng)線圈和電加熱棒，在箱體內(nèi)充滿氮氣保護(hù)氣體，防止石墨顆粒燃燒和爆炸，在微波、氮氣以及110℃的恒溫環(huán)境中，使石墨顆粒產(chǎn)生振動，使石墨顆粒之間相互摩擦，從而達(dá)到表面摩擦的效果，進(jìn)而將石墨顆粒表層易脫落的片狀石墨層剝離。

16、可選地，步驟s3中所述的顆粒整形的具體方法如下：

17、將步驟s2中得到的電磁改性石墨顆粒放入空氣流磨中進(jìn)行超微粉碎，并對粉碎后的石墨顆粒進(jìn)行打磨整形修正處理，石墨顆粒被不斷修磨整形，減少石墨顆粒棱角，使石墨顆粒同時達(dá)到形貌要求和粒度要求，然后再進(jìn)行分篩，將不符合粒徑要求的石墨顆粒去除，得到所需級別粒徑的電磁改性石墨顆粒。

18、可選地，步驟s4中所述的插層剪切的具體方法如下：

19、將引發(fā)劑、去離子水以及電磁改性后的石墨顆粒按照1:20:10的比例混合均勻；

20、將混合物進(jìn)行13次循環(huán)膠磨，使混合物呈發(fā)泡狀，使得石墨顆粒與引發(fā)劑充分接觸；

21、將混合物轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜內(nèi)，在3個大氣壓壓強(qiáng)及80攝氏度恒溫環(huán)境下，向反應(yīng)釜內(nèi)注入2:1比例的氫氣和氧氣，通過氫氣與氧氣結(jié)合生成水釋放的化學(xué)力推動引發(fā)劑破壞石墨顆粒的碳層與碳層之間的范德華力，從而使石墨顆粒的碳層與碳層之間進(jìn)行分離，減少碳層數(shù)，使其形成洋蔥卷的片狀結(jié)構(gòu)；

22、對石墨顆粒進(jìn)行剪切處理，對碳層殘留的范德華力殘鍵、碳?xì)滏I以及碳氧鍵進(jìn)行剪切，避免剝離后的碳層因殘留的范德華力殘鍵、碳?xì)滏I以及碳氧鍵相互吸引形成團(tuán)聚還原，使碳層更加分散，片層狀化結(jié)構(gòu)更加明顯，增大比表面積；

23、采用超聲分離將插層剪切中形成的石墨烯剔除，將石墨顆粒比表面積大小控制在13m2/g～17m2/g之間。

24、可選地，步驟s6中所述的干燥磁選的具體方法為：

25、將得到的不同粒徑要求的改性負(fù)極材料石墨顆粒放入烘干機(jī)內(nèi)，在150℃恒溫下進(jìn)行干燥處理，然后再進(jìn)行磁選處理，去除殘留的金屬雜質(zhì)。

26、采用本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點：本發(fā)明實施例提供的充放電參數(shù)可調(diào)石墨負(fù)極材料的制備方法，針對現(xiàn)有的石墨負(fù)極材料制備工藝的缺陷，選用優(yōu)質(zhì)鱗片石墨為原材料，通過預(yù)處理、電磁改性、顆粒整形、精密插層剪切、離心篩分以及干燥磁選等工序?qū)κw粒進(jìn)行分層處理，把天然石墨制備成改性石墨負(fù)極材料，通過石墨改性，在h、o原子結(jié)合成h2o的過程中，通過引發(fā)劑將其產(chǎn)生的熱能傳導(dǎo)至碳層與碳層之間，促使c層間范德華力被能量擊碎、撬動范德華力達(dá)到脫層效果，通過不同的插層形成二維材料效果，并且通過化學(xué)勢能清除氧原子官能團(tuán)，提升材料物理性能，可以改善石墨的充放電性能，提高比容量，使之制成的電池具有良好的充放電性能和循環(huán)性能，且可通過控制碳層之間間距的大小，控制充放電參數(shù)，使得改性石墨負(fù)極材料既保持了石墨的放電電壓及較高的嵌鋰容量的優(yōu)點，又改進(jìn)了石墨與電解質(zhì)的相容性和大電流充放電性能，既防止充電時石墨膨脹引起的石墨層間脫落，又增大了比表面積，促使c分子排列更加有序，形成良好的導(dǎo)電、儲電效能，本發(fā)明由于不需要高溫石墨化工序，因此能夠解決傳統(tǒng)石墨負(fù)極材料制備工藝高能耗、高污染、高成本的缺陷問題，更加節(jié)能環(huán)保，在降低成本的同時，還在很大程度上提高改性石墨負(fù)極材料的性能，采用本發(fā)明的改性石墨負(fù)極材料可使電池容量達(dá)到900～1200mah/g，提升了鋰電池的性能，從而促進(jìn)鋰離子電池行業(yè)的發(fā)展。