[發(fā)明專利]一種適用于快充鋰離子電池的石墨層間化合物負(fù)極材料的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113307261B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡子怡;吳勇軍;洪子健;黃玉輝;佘圣賢
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: C01B32/20
• 分類號: C01B32/20;C01B32/22;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 白靜蘭;胡紅娟

本發(fā)明公開了一種適用于快充鋰離子電池的石墨層間化合物負(fù)極材料的制備方法：(1)將第一碳材料與插層劑混合后加熱，得到層間化合物中間產(chǎn)物；(2)將步驟(1)得到的層間化合物中間產(chǎn)物經(jīng)氧化劑和堿性化合物處理后，水洗干燥得到石墨層間化合物；(3)將步驟(2)得到的石墨層間化合物與第二碳材料混合，得到石墨層間化合物負(fù)極材料。本發(fā)明還公開了一種采用上述制備方法得到的適用于快充鋰離子電池的石墨層間化合物負(fù)極材料及其在鋰離子電池中的應(yīng)用。該制備方法得到的石墨層間化合物負(fù)極材料進(jìn)一步縮短鋰離子傳導(dǎo)路徑，提升石墨的可逆容量和倍率性能；用于改善傳統(tǒng)石墨負(fù)極能量密度低，高倍率性能不佳的缺陷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于快充鋰離子電池的石墨層間化合物負(fù)極材料的制備方法及其產(chǎn)品和應(yīng)用。

背景技術(shù)

社會生產(chǎn)力不斷提高，環(huán)境污染、氣候變暖等問題越來越引起人類社會的關(guān)注，為了從根本上解決這些問題，清潔能源正在逐步取代傳統(tǒng)的化石能源為人類社會的生產(chǎn)生活供能。交流輸運(yùn)是人類文明中的重要組成部分，電力驅(qū)動正在變革有軌和公路運(yùn)輸?shù)姆椒矫婷妗ｄ囯x子電池的高儲能密度，讓動力電池成為可能。

石墨負(fù)極的出現(xiàn)是鋰離子電池安全性提高的一大轉(zhuǎn)折點(diǎn)，然而其理論比容量較低(372mAh/g)，高充放電倍率下的性能不佳，使石墨負(fù)極難以滿足動力電池長續(xù)航和快速充電的需求。如公開號為CN107482203A的中國專利公開了石墨負(fù)極材料的包覆改性方法及石墨負(fù)極材料和應(yīng)用。

石墨層間化合物是一種將離子化合物嵌入石墨層間，與石墨層通過范德華力連接，在垂直于石墨的方向形成一定規(guī)則排布的化合物。石墨層間化合物具有石墨和嵌入化合物協(xié)同作用形成的高電子電導(dǎo)(10⁶S/m)，和基于單層石墨雙面儲鋰及嵌入化合物儲鋰共同作用的高儲能密度。如公開號為CN109888241A的中國專利公開了一種氧化物-石墨層間化合物及其制備方法與電極和電池。

因此，如何提高石墨負(fù)極的儲能性能是目前本領(lǐng)域亟需解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于石墨負(fù)極的諸多不足，本發(fā)明的第一個(gè)目的是在于提供一種適用于快充鋰離子電池的石墨層間化合物負(fù)極材料的制備方法，該制備方法采用具有儲鋰活性的插層劑對碳材料進(jìn)行改性，并使用未經(jīng)改性的碳材料和石墨層間化合物混合，進(jìn)一步縮短鋰離子傳導(dǎo)路徑，提升石墨的可逆容量和倍率性能；本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種采用上述制備方法制成的適用于快充鋰離子電池的石墨層間化合物負(fù)極材料，用于改善傳統(tǒng)石墨負(fù)極能量密度低，高倍率性能不佳的缺陷；本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提供一種適用于快充鋰離子電池的石墨層間化合物負(fù)極材料及其制備方法在鋰離子電池中的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種適用于快充鋰離子電池的石墨層間化合物負(fù)極材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將第一碳材料與插層劑混合后加熱，得到層間化合物中間產(chǎn)物；

(2)將步驟(1)得到的層間化合物中間產(chǎn)物經(jīng)氧化劑和堿性化合物處理后，水洗干燥得到石墨層間化合物；

(3)將步驟(2)得到的石墨層間化合物與第二碳材料混合，得到石墨層間化合物負(fù)極材料。

在步驟(1)中：所述第一碳材料和第二碳材料為天然石墨、人造石墨中的一種或多種；所述插層劑為過渡金屬的VA、VIA、VIIA族化合物的一種或多種；所述第一碳材料與插層劑的摩爾比為1：0.5～4。

優(yōu)選的，所述插層劑選自氯化鐵、氯化鈷或硫化亞鐵。

優(yōu)選的，在步驟(1)中：加熱條件為以5～10℃/min升溫，達(dá)到插層劑的熔點(diǎn)至沸點(diǎn)之間保溫8h～72h。

優(yōu)選的，步驟(1)中所述反應(yīng)需要真空或惰性氣體氛圍。