本发明涉及锂离子电池，具体是发明一种快充型煤基石墨材料的制备方法。
背景技术：
1、传统化石燃料的过度消耗所引发的能源危机和环境问题迫切需要人们开发和高效利用可再生清洁新能源。近年来，随着新能源汽车和多功能电子产品的快速发展，锂离子电池的开发与应用也日益重要。目前锂离子电池商业化成熟的负极材料仍为石墨负极。然而，天然的石墨资源有限且分离提纯困难、速率性能差、循环稳定性差等缺点，无法满足市场对高性能储能的需求。然而，天然的石墨资源有限，寻找一种来源广泛、成本低廉的高碳原料用于制备人造石墨材料具有重要的现实意义。煤是芳香族结构作为骨架，烷基链状结构作为填充的复杂三维交联结构，价格低廉，是合成人造石墨材料的优选之一。
2、目前，制备煤基石墨的原料主要由煤系针状焦、油系针状焦，普遍存在炭收率低、原料价格高和制备煤基石墨振实密度低等问题，煤炭作为炭收率最高，原料价格最低的碳源。但我国具备从褐煤到无烟煤所有煤种，但不同地区煤变质程度不一样、相同煤种不同地区煤性质也不一样，导致了原料煤的选择和直接材料化利用困难。近些年来，研究者采用煤基材料进行二次改性的方法提升电化学性能，如专利cn109768217a中公开了一种石墨材料的制备方法，包括将针状焦制备原料与芳香性杂环化合物混合共炭化，后通过石墨化处理制备石墨材料，由于杂环中s/n在后续处理中脱出从而留下离子通道、以及后续改性剂包覆处理，便于后续锂离子扩散，改善石墨材料倍率性，但其工艺较为复杂、原料成本高。cn103346294b中公开了一种人造石墨负极材料的制备方法，该方法首先将超微粉化后的包覆材料与碎球化整形后的人造石墨在机械融合机内进行包覆，再进行焙烧、石墨化制得人造石墨负极材料，该发明可以提升负极材料的倍率性能，但是由于使用了较大量的沥青，形成了软碳嵌合物，使得负极材料的容量会有降低。cn115472827a中公开了一种煤基石墨负极材料及其制备方法和应用，该方法首先通过磨碎后选择镜质组反射率>2、挥发分<10wt％、灰分<10wt％的煤样，进行炭化和石墨化制备煤基石墨具有高的放电容量，但其对原料煤要求较高，且没有进行物理分选与富集，导致符合要求的煤样产率较低。但上述方案是将煤作为性质均一的原料直接制备石墨材料，忽略了煤中含有不同性质的煤岩组分造成的反射率差异，未能充分利用原煤性质导致工艺流程复杂的问题。因此开发一种煤中特定煤岩组分的富集工艺，得到煤岩组分制备高性能煤基石墨材料的制备方法，是实现煤基炭材料在储能领域广泛应用的关键。
技术实现思路
1、本发明的目的之一是发明一种快充型煤基石墨材料的制备方法，将储量丰富、成本低廉的煤作为制备石墨材料的碳源。
2、本发明的目的之二是提供由上述制备方法制得的煤基石墨材料，具有高的比容量、高倍率性能和循环稳定性。
3、本发明的目的之三是提供上述煤基石墨材料作为锂离子电池负极材料的应用。
4、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
5、第一方面，本发明提供一种快充型煤基石墨材料的制备方法，包括以下步骤：
6、(1)将原煤经过破碎、筛分得到粒径范围在0.5～3.0mm的煤粉；
7、(2)将步骤(1)得到的煤粉进行物理分选后，烘干得到惰质组含量为30～66％的分选煤样；
8、(3)将步骤(2)得到的分选煤样进行二次破碎、筛分得到粒径小于0.074mm的煤粉；
9、(4)将步骤(3)得到的煤粉进行酸洗，水洗至中性，干燥后得到灰分低于0.5wt％的超纯煤样；
10、(5)将步骤(4)得到的超纯煤样装入高温石墨化炉的石墨坩埚中，在20-30kpa的微正压、惰性气氛下进行石墨化处理，得到煤基石墨材料。
11、优选地，步骤(1)中煤粉的d90粒径为0.5～1.0mm。
12、优选地，步骤(1)中所述原料煤选自无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱黏煤、不黏煤、长焰煤中的一种或多种。
13、优选地，步骤(3)中煤粉的d50粒级为0.005～0.020mm。
14、优选地，步骤(4)所述酸洗使用的酸为中强酸，更优选为盐酸、硝酸、氢氟酸和硫酸中的至少一种。
15、优选地，步骤(5)所述石墨化温度为2500～3000℃；升温速率为1～10℃/min；保温时间为1～6h。
16、优选地，步骤(5)所述惰性气氛包括氮气、氦气、氩气、氖气和氙气中的一种。
17、第二方面，本发明提供由上述制备方法制得的煤基石墨材料。
18、所述煤基硬炭材料的d002层间距0.3373-0.3382nm，在0.1c的电流密度下首次充电容量280～365mah/g，在5c的电流密度下平均充电容量＞100mah/g，展现出优异的锂离子电池性能。特别地，煤基石墨材料的d002层间距在适合的范围内(0.3373-0.3377nm)，首次充电容量＞340mah/g，5c电流密度下充电容量＞190mah/g。
19、第三方面，本发明提供上述煤基石墨材料作为锂离子电池负极材料的应用。
20、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
21、1、本发明提供的煤基石墨材料制备方法具有原料成本低廉、制备工艺简单、炭收率高的优点，利用煤中包含具有不同性质的煤岩组分，通过物理分选定向提升煤中惰质组含量的同时降低煤中的矿物含量，调整石墨前驱体的分子构型，结合一步高温石墨化的工艺，减少煤在升温过程中的质量损失，获得高有序程度和更高储锂电化学性能的石墨微晶，有利于锂离子的传输和存储。
22、2、本发明制备的石墨材料具有适宜的d002层间距，更大的储锂容量，其作为锂电负极材料具有高可逆容量(＞350mah/g)、优异倍率性能(2c/0.1c＞80％、5c可逆容量＞200mah/g)和循环稳定性(循环圈数大于800圈)，展现出优异的锂离子电池快充性能。本发明提供了高能量密度、长循环寿命、优良倍率能和低成本的煤基石墨材料，可以很好的满足工业化需求。
1.一种快充型煤基石墨材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种快充型煤基石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中煤粉的d90粒级为0.5～1.0mm。
3.根据权利要求1所述的一种快充型煤基石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述原料煤选自无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱黏煤、不黏煤、长焰煤中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的一种快充型煤基石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述物理分选包括手选法、浮选法、重选法、离心法、电选法中的一种方法。
5.根据权利要求1所述的一种快充型煤基石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述酸洗使用的酸选自盐酸、硝酸、氢氟酸和硫酸中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种快充型煤基石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述石墨化温度为2500～3000℃；升温速率为1～10℃/min；保温时间为1～6h。
7.根据权利要求1所述的一种快充型煤基石墨材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述惰性气氛包括氮气、氦气、氩气、氖气和氙气中的一种。
8.一种权利要求1至7任一项所述的制备方法制得的煤基石墨材料。
9.权利要求8所述的煤基石墨材料作为锂离子电池负极材料的应用。
