[發明專利]一種石墨負極材料及其制備方法及一種鋰電池有效

申請號：	202111603411.6	申請日：	2021-12-24
公開（公告）號：	CN114335538B	公開（公告）日：	2023-03-31
發明（設計）人：	胡朝文;邵樂;高昕瑾;路通;胡秋晨;米吉福;謝科予;沈超;張秦怡;張貴錄	申請（專利權）人：	陜西煤業化工技術研究院有限責任公司;西北工業大學
主分類號：	H01M4/62	分類號：	H01M4/62;H01M4/587;H01M10/0525;B82Y30/00
代理公司：	西安通大專利代理有限責任公司 61200	代理人：	王艾華
地址：	710100 陜西***	國省代碼：	陜西;61
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種石墨負極材料及其制備方法鋰電池
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【說明書】：

本發明公開了一種石墨負極材料及其制備方法及一種鋰電池，石墨負極材料的制備方法包括以下步驟：向石墨中加入可溶性的鋅鹽以及可溶性的鈷鹽，得到第一反應液；向第一反應液中加入含氮有機化合物，攪拌反應，得到第二反應液；獲取第二反應液中的沉淀，并對沉淀進行熱處理，得到所述石墨負極材料；含氮有機化合物與鋅離子和鈷離子可形成雙金屬的有機金屬框架化合物；熱處理溫度可使鋅單質氣化。該石墨負極材料由于鋅離子同時存在于框架結構中，阻止了鈷離子在熱處理過程中的團聚，可有效降低鈷金屬單質的顆粒尺寸，使其在石墨負極材料表面的分布更加均勻，提高鈷金屬單質的比表面積，具有更多的反應活性位點，有效改善石墨負極材料的電荷傳輸能力。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，涉及一種石墨負極材料及其制備方法及一種鋰電池。

背景技術

鋰離子電池由于具有高能量密度和長循環壽命等顯著優點，在日常生產好生活中得到了越來越廣泛的應用。有效提高其快充和低溫性能是進一步拓寬鋰離子電池應用市場的關鍵。目前研究表明，石墨負極材料對鋰離子電池的快充和低溫性能有著重要影響，其電荷傳遞能力是快充嵌鋰和低溫嵌鋰的決速步驟。因此，提高石墨負極材料的電荷傳遞能力，降低電荷傳遞阻抗，是優化快充性能和低溫性能的關鍵。

現有采用金屬有機框架材料包覆石墨材料，再通過熱處理在石墨表面形成金屬單質納米顆粒，如鈷納米顆粒以及多孔結構，鈷金屬納米顆粒一方面增強了石墨負極材料的電子導電性，另一方面其表面與N元的配位結構以及表面氧化物等存在形式對Li⁺存在較強的吸附作用，兩者結合起來共同提高了Li⁺電荷傳遞步驟動力學，因此可以一定高程度上提高石墨負極材料的電荷傳遞能力。但由于熱處理過程中鈷金屬納米顆粒的團聚，致使鈷金屬納米顆粒的尺寸較大，嚴重影響該石墨負極材料的電荷傳遞能力。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明提供一種石墨負極材料及其制備方法及一種鋰電池，從而實現有效提高石墨負極材料的電荷傳輸性能。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種石墨負極材料的制備方法，包括以下步驟：

S1：向石墨中加入可溶性的鋅鹽以及可溶性的鈷鹽，得到第一反應液；

S2：向第一反應液中加入含氮有機化合物，攪拌反應，得到鋅/鈷雙金屬有機金屬框架化合物；

S3：對鋅/鈷雙金屬有機金屬框架化合物進行熱解，使鋅單質氣化，得到表面含有鈷金屬單質的石墨負極材料。

優選的，所述含氮有機化合物為2-甲基咪唑。

優選的，所述可溶性的鋅鹽為硝酸鋅、醋酸鋅、氯化鋅或硫酸鋅中的一種或多種。

優選的，所述可溶性的鈷鹽為硫酸鈷、硝酸鈷以及氯化鈷中的一種或多種。

優選的，所述步驟S1中向石墨中加入可溶性的鋅鹽以及可溶性的鈷鹽之前采用陰離子表面活性劑對石墨表面進行預處理；所述陰離子表面活性劑為聚苯乙烯磺酸鈉、十二烷基磺酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或多種。

優選的，所述步驟S1中逐滴向石墨中加入可溶性的鋅鹽以及可溶性的鈷鹽。