[發明專利]改性石墨負極材料及其制備方法和鋰離子電池

有效

• 申請號: 202010467456.4
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111613794B
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 馬超;吳敦勇;李守斌;徒雨龍
• 申請（專利權）人: 貝特瑞（江蘇）新能源材料有限公司
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

本發明提供了改性石墨負極材料及其制備方法和鋰離子電池。所述方法包括以下步驟：對石墨懸浮液進行水熱反應或溶劑熱反應，得到一次處理石墨；將一次處理石墨與插層劑混合反應，得到二次處理石墨；將二次處理石墨與碳源混合后，進行預氧化處理、預炭化處理和炭化處理，得到所述改性石墨負極材料。本發明提供的制備方法獲得的改性石墨負極材料具有容量高、循環性能好、倍率性能好，體積膨脹效應低的特點。

技術領域

本發明屬于儲能材料技術領域，涉及負極材料及其制備方法和鋰離子電池，尤其涉及改性石墨負極材料及其制備方法和鋰離子電池。

背景技術

鋰離子電池是一種可循環使用的儲能設備，與鉛酸、鎳鉻及鎳氫電池相比，其具有體積(質量)比容量高、功率密度高、無記憶效應及環境友好等優勢，因此被廣泛應用于在各類筆記本電腦、移動電話、數碼攝像機、便攜式電子產品及電動汽車與儲能設備等。但隨著社會不斷地發展，需要鋰離子電池具有更高的比容量，更好的安全性能和更快的充放電速率。為了實現這些目標，研究人員從電池組成的各個模塊出發，主要包括正負極材料、電解液、隔膜和組裝技術。其中，改進提高負極材料的性能是科研人員進行的重要工作之一。

目前市場上主要使用石墨作為商業化鋰離子電池負極材料，石墨理論儲鋰容量可達372mAh g^-1，具有價格低、環境友好及資源豐富的優點。但是石墨材料中的天然石墨與電解液相容性差，首次不可逆容量較大，高倍率充放電性能差，影響其長循環壽命，一般需要進行修飾處理才可以使用。石墨材料中的人造石墨具有結構穩定，與電解液的相容性優于天然石墨等優勢，但是仍存在表面粗糙、多孔、比表面積大及對電解液中溶劑敏感等問題，為了獲得性能更佳的人造石墨材料，需要對其進行表面處理。目前研究和采用較多的技術是采用包覆材料與焦類原料進行包覆，炭化造粒后在材料表面形成包覆層，再石墨化進一步提高石墨化度，以此抑制電解液溶劑的嵌入，同時包覆層在一定程度上可以緩沖石墨的體積效應，從而提升整體材料的循環性能和倍率性能；或者對原料進行表面修飾，例如氧化處理，然后再進行混合造粒和石墨化處理；或者采用人造石墨與包覆材料混合造粒炭化處理來提高循環性能。這些方法都能有效提高人造石墨的循環性能，但是無論是炭包覆原材料炭化再石墨化，還是對石墨化后人造石墨進行碳包覆，仍有可提升的空間，例如如何實現包覆材料的均勻包覆，并且克服包覆給整體材料帶來的容量降低的影響，從而有效實現人造石墨負極材料的高倍率長循環性能，目前仍是業界需要解決的問題。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足，本發明的目的在于提供改性石墨負極材料及其制備方法和鋰離子電池。本發明提供的方法可以在保留人造石墨穩定性優點的基礎上，進一步提高負極材料的儲鋰容量，同時提高人造石墨負極材料循環性能和倍率性能。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種改性石墨負極材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

對石墨進行水熱反應或溶劑熱反應，得到一次處理石墨；

將所述一次處理石墨與插層劑混合反應，得到二次處理石墨；

將所述二次處理石墨與碳源混合，再進行加熱處理，得到所述改性石墨負極材料，所述加熱處理包括炭化處理。

作為本發明優選的技術方案，所述石墨包括人造石墨；

優選地，所述人造石墨為石油焦經粉碎造粒石墨化后得到的產品，且所述產品未添加包覆材料；

優選地，進行水熱反應或溶劑熱反應的所述石墨為石墨懸浮液；

優選地，制備所述石墨懸浮液所用的溶劑包括蒸餾水、乙醇、乙二醇和乙醇胺中的至少一種；

優選地，所述石墨懸浮液通過將石墨和溶劑超聲攪拌混合得到。

作為本發明優選的技術方案，所述水熱反應或溶劑熱反應的溫度為150℃ -180℃；