[發明專利]一種摻氮碳包覆石墨負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410478722.8
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104282896A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 宋宏芳;趙東輝;戴濤;周鵬偉
• 申請（專利權）人: 東莞市翔豐華電池材料有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583
• 代理公司: 廈門市新華專利商標代理有限公司 35203
• 代理人: 徐勛夫

技術領域

本發明涉及電池電極材料制備領域技術，尤其是指一種摻氮碳包覆石墨負極材料及其制備方法。

背景技術

隨著全球能源危機的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及大氣污染、全球氣溫上升的危害加劇，發展清潔能源勢在必行。在新能源發展中，具有工作電壓高、能量密度大、放電電壓平穩、循環壽命長以及環境友好等優點的鋰離子電池得到廣泛運用。負極材料是評價鋰離子電池綜合性能優劣的關鍵因素之一。目前商品化使用的鋰電池負極材料主要是石墨，石墨具有較低鋰脫/嵌電位(0～0.25V?vs?Li/Li+)、容量高、資源豐富以及價格低廉等特點。但是石墨類材料作為鋰離子負極材料仍有一些缺點，主要表現在：石墨層間作用力弱，與電解液相容性差，在充放電過程中會發生溶劑分子插入到石墨層間從而引起石墨片層的剝落從而循環性能差。

中國專利CN?103682350?B公開了一種瀝青液相包覆改性人造石墨的鋰電池負極材料，該改性的人造石墨負極材料首次效率比容量得到了提高，但是依然只有94%不到的首次效率和360不到的比容量，依然有提升的空間。

中國專利?CN101604743A?用摻雜雜原子的樹脂類高分子熱解碳包覆石墨材料，顯著改善了石墨的電性能，但也存在一些問題，如樹脂類材料和石墨的親和性較差，樹脂熱解過程中揮發分多，比表面偏高，會影響振實密度、壓實密度等。

發明內容

有鑒于此，本發明針對現有技術存在之缺失，其主要目的是提供一種摻氮碳包覆石墨負極材料及其制備方法，其引入了離子液體作為碳源，使石墨材料的表面均勻包覆了一層摻氮碳材料，該方法簡單易操作，非常適合大規模生產。

為實現上述目的，本發明采用如下之技術方案：

一種摻氮碳包覆石墨負極材料，由以下重量配比的原料組成：石墨80%～95%；離子液體5%～20%；其中離子液體均勻包覆在石墨的外表面，形成核殼式結構。

作為一種優選方案，所述石墨為天然石墨、人造石墨中的至少一種。

一種摻氮碳包覆石墨負極材料的制備方法，包括有以下步驟：

（1）包覆：稱取石墨和離子液體，加入到高速攪拌機中，使用轉速500～5000?r/min進行分散1～4h，處理完成后的得到包覆有離子液體的石墨；

（2）碳化：將包覆有離子液體的石墨置于氣氛保護爐中進行燒結，以?2?～?25℃?/min?的升溫速率升至400～1000℃并保溫?4～18?小時，得到摻氮碳包覆石墨負極材料。

作為一種優選方案，所述離子液體為N-甲基丁基吡咯烷雙三氟甲磺酰亞胺鹽、N-甲基丁基哌啶雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1-乙基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽、三甲基丙銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽及?1-己基-3-甲基咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽中的至少一種。

作為一種優選方案，所述離子液體的純度大于等于98%，其中氮和碳的摩爾比為2：9～6：9。

作為一種優選方案，所述氣氛保護爐中使用的保護氣氛選自氦氣、氮氣、氬氣、二氧化碳中的至少一種。

作為一種優選方案，所述摻氮碳包覆石墨負極材料具有球形形貌，表面均勻包覆一層摻氮碳材料。

本發明與現有技術相比具有明顯的優點和有益效果，具體而言，由上述技術方案可知：

1、通過采用離子液體，與傳統的固態碳源前驅體相比，離子液體由于具有流動性質更容易深入石墨表面孔內，有利于大幅降低比表面積，而且在較低的蒸汽壓下，裂解溫度范圍較寬(400～1000℃)，也不伴隨快速的溶劑蒸發，這些都有利于在石墨顆粒表面形成均勻的包覆薄層，從而有利于大幅提高壓實密度和首次效率等性能，本發明的石墨負極材料具有相對更高的壓實密度、比容量、首次效率，解決了人造石墨材料在實際制備鋰電池負極的應用時存在的不可逆容量損失大、比容量較低的問題，

2、離子液體不僅是碳源，也是氮源，在石墨表面包覆碳的同時，也摻雜了氮元素，石墨表面經過N摻雜碳層的包覆，在提高材料的電子導電性的同時也有利于提高其表面穩定性，從而擁有優良的倍率性能和循環性能，從而能夠更好地應用在高性能要求的動力電池中。

3、離子液體的粘度較大，對石墨表面有潤濕作用，使得石墨材料在碳化過程中不易結塊，少去了碳化了打散的工序，而且使包覆過程簡化，制備成本下降。

4、本發明工藝簡單，操作方便，生產設備少，從而進一步降低成本，便于推廣應用，適于大規模生產。

附圖說明

圖1是本發明制得的摻氮碳包覆石墨SEM（掃描電子顯微鏡）圖像。