[發明專利]一種高性能鋰離子電池的氧化石墨負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710319657.8
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107195879A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 徐慶宇
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種納米材料制備技術，屬于高性能鋰離子電池負極材料制造的技術領域。

背景技術

在可持續發展的當今社會，能源問題和環境問題日益突出。而采用清潔能源電動汽車代替原有的高污染的燃油動力汽車已勢在必行。鋰離子電池由于能量密度高、環境相容性好、安全可靠、無記憶效應、工作性能穩定等優點，已成為新一代動力電源的候選之一。

近年來，隨著科技的進步，對鋰離子電池體積比能量及充電時間等性能要求的不斷提高，電動自行車及電動汽車對鋰離子電池的續航里程、循環壽命等提出了更高的要求。電極材料作為鋰離子電池的核心和關鍵技術，電池性能要求直接關聯在正、負極材料的各項性能指標上，而負極材料對鋰離子電池性能的發揮具有更大的影響；鋰離子電池的負極材料有碳材料、金屬間化合物等，目前，工業化的鋰離子電池負極材料主要為碳材料(石墨、硬碳、軟碳等)和鈦酸鋰，這其中石墨類碳材料，具有較低的鋰嵌入/脫嵌電位、合適的可逆容量且資源豐富、價格低廉等優點，同時技術最成熟、應用最廣泛；盡管石墨材料應用廣泛，但沒有經過改性的天然石墨負極材料首次不可逆容量損失很高，高倍率充放電時容量下降較快，對電解液的選擇性較高，大電流充放電性能不好，在循環過程中溶劑化的鋰離子會插入到石墨層間，其理論比容量只有372mAh/g，因而限制了鋰離子電池比能量的進一步提高，不能滿足日益發展的高能量便攜式移動電源的需求。

針對這一問題，目前研究主要采用表面處理、表面包覆、和元素摻雜等方法來改進其電導率。其中，對石墨進行氧化還原處理所得的石墨烯研究最多，石墨烯具有優良的電傳導性、較高的比表面積(2600m²/g)、優異的熱學性能和機械性能，被認為是理想的鋰電池電極材料，作為鋰離子電池負極材料具有巨大的應用空間。單純的石墨烯理論比容量為744mAh/g，雖然優于石墨，但在循環穩定性上不如原始石墨，不適合直接作為鋰離子電池的負極材料。通常需要再次對石墨烯進行復雜的改性、摻雜或者與其他材料進行復合。

目前，表面改性、表面包覆雖然在一定程度上改善了天然石墨的表面結構和化學性能，降低了電解液對石墨片層的腐蝕，有效改善負極材料首次充放電效率，但對石墨負極材料性能的提高，特別是大電流充放電性能的改善不是很特別顯著，以至石墨負極材料在高端鋰離子電池的應用受到一定限制，無法滿足當前快速充放電性能的要求。

發明內容

技術問題：為了克服上述現有技術的不足，通過研究不同氧化程度的石墨直接作為負極材料，提供出一種工藝簡單，成本低，易于工業化生產且電化學性質優異、穩定的材料制備，具體是提供一種高性能鋰離子電池的氧化石墨負極材料的制備方法。

技術方案：本發明的一種高性能鋰離子電池的氧化石墨負極材料的制備方法包括以下步驟：

步驟1)將石墨粉與強酸配料進行低溫反應，然后邊攪拌邊緩慢加入氧化劑，在低溫反應一段時間；

步驟2)將步驟1)的反應物進行中溫反應，之后加入去離子水進行高溫反應；

步驟3)步驟2)的反應產物冷卻至室溫后，加入過氧化氫，待反應完成后加入溫水抽濾，并用稀鹽酸洗滌多次后真空干燥，即得氧化石墨負極材料。

其中：

在步驟1)中，所述強酸為濃硫酸，氧化劑為高錳酸鉀。

步驟1)中，所述強酸和氧化劑與石墨的質量比為：23x:3.5x:1，其中0.5<x<4。

步驟1)中，低溫反應攪拌溫度為0-10℃，與硫酸反應時間2-30分鐘，加入氧化劑后反應時間為0.5-6小時。

步驟2)中，中溫反應溫度為20-50度，反應時間為0.5-6小時。

高溫反應溫度為70-98℃，時間為0.5-5小時。

有益效果：本發明提供的長循環高倍率電化學性能優異的鋰離子電池負極材料氧化石墨的制備方法通過調節強酸和氧化劑與石墨比例，控制反應條件來實現最優化電極材料電化學性能的目的，方法簡單、工藝可控，獲得的負極材料具有良好的電化學性能、長循環穩定性高、倍率性能佳、安全可靠，能有效滿足鋰離子電池的需要。目前很少有人研究不同氧化程度的氧化石墨直接作為負極材料應用到鋰電池中，獲得最優高倍率充放電性能的負極材料。

附圖說明

圖1為以下實施例2中制備出產品與石墨粉的循環性能比較。

圖2為以下實施例2中制備出產品與石墨粉的倍率性能比較。

圖3為以下實施例2中制備出產品與石墨粉的高倍率循環性能比較。

具體實施方式

根據權利要求所包含的內容舉例說明

實施例1：