[發明專利]一種改性石墨及其制備方法、鋰電池負極材料、鋰電池負極片和鋰電池

有效

• 申請號: 202110082159.2
• 申請日: 2021-01-21
• 公開（公告）號: CN112830484B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 郭道峰;程興旺;吳敦勇
• 申請（專利權）人: 貝特瑞（江蘇）新能源材料有限公司
• 主分類號: C01B32/21
• 分類號: C01B32/21;H01M4/133;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 張麗

本發明提供一種改性石墨及其制備方法、鋰電池負極材料、鋰電池負極片和鋰電池，該改性石墨的制備方法包括：對石墨進行氧化預處理，得到預處理石墨；將含有預處理石墨與含羥基聚合物的混合物與氯化鋅進行絡合反應，然后干燥，得到前驅體；將所述前驅體進行碳化處理，得到改性石墨。本發明通過對石墨進行氧化預處理后將其和含羥基聚合物的混合物與氯化鋅絡合反應，干燥得到凝膠狀前驅體，再將前驅體進行碳化處理得到sp²+sp³無定型碳包覆sp²石墨的核殼結構的多孔改性石墨；該改性石墨應用于鋰電池中為電子傳導、鋰離子存儲和電解液浸泡提供了新的方式，大大提升了鋰電池的電化學性能。

技術領域

本發明涉及電池材料技術領域，尤其涉及一種改性石墨及其制備方法、鋰電池負極材料、鋰電池負極片和鋰電池。

背景技術

隨著社會的不斷發展，人們對能源的需求不斷增加。傳統的能源的利用會造成溫室效應、環境污染等問題，所以新能源的研發和利用迫在眉睫。鋰離子電池作為一種發展已久的能源體系，具有環境友好，回收成本低等優點，已經成為學者們研究的熱點。

鋰電池負極材料包括碳負極材料和非碳負極材料。非碳負極材料如合金類型的硅納米結構負極材料存在體積變化大(300％)、固體電解質界面膜形成不穩定和循環穩定性差等問題；有學者還提出了零應變尖晶石Li₄Ti₅O₁₂作為負極材料，但存在首次放電比容量(≈175mAh/g)低和工作電勢較高的問題。目前鋰電池負極材料主要還是使用碳負極材料，如石墨負極材料由于具有長的循環穩定性和高電導率，以及高的熱學和力學穩定性，使其作為鋰電池商用負極材料處于不敗之地。但現有的鋰電池石墨負極材料的理論的首次放電比容量才達370mAh/g，實際的首次放電比容量不超過350mAh/g。因此，鋰電池石墨負極材料的電化學性能如首次放電比容量還有待繼續提升。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種具有多孔結構，不僅能為Li⁺遷移提供了更多的方式，還能夠促使電解液深入活性物質，縮短Li⁺的遷移距離，具有良好的電化學性能的改性石墨及其制備方法、鋰電池負極材料、鋰電池負極片和鋰電池。

為實現以上目的，本發明提供技術方案如下：

一種改性石墨的制備方法，包括：

對石墨進行氧化預處理，得到預處理石墨；

將含有預處理石墨與含羥基聚合物的混合物與氯化鋅進行絡合反應，然后干燥，得到前驅體；

將所述前驅體進行碳化處理，得到改性石墨。

本發明通過對石墨進行氧化預處理后將其與含羥基聚合物、氯化鋅和溶劑混合反應，干燥得到凝膠狀前驅體，再對前驅體進行碳化處理得到sp²+sp³無定型碳包覆sp²石墨的核殼結構的多孔改性石墨；該改性石墨為電子傳導、鋰離子存儲和電解液浸泡提供了新的方式，電子可以通過神經網絡狀無定形碳傳導，并可以采取最簡單最短的路徑到達內部石墨，因此，在一定的時間內，可以減少更多的Li⁺，形成LiC₆；而且，多孔結構為Li⁺遷移提供了更多的方式，Li⁺不僅能從邊緣插入石墨中，還可以從表面進入石墨內部，這種遷移行為允許更多的Li⁺以更快的速度插入到石墨中，此外，還能夠促使電解液深入活性物質，縮短Li⁺的遷移距離。

在一些實施方式中，所述對石墨進行氧化預處理的過程包括：將所述石墨在空氣或氧氣氛圍中煅燒；

優選地，所述氧氣的流量為0.1mL/s-10mL/s；

優選地，所述石墨在氧氣氛圍中煅燒的溫度為500℃-750℃，時間為0.5mL/s-2.5h。