[發明專利]一種復合石墨負極材料及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202210205938.1
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114583161A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 梁天;劉東任;鄧勇強;宋賀;焦攀飛
• 申請（專利權）人: 江西紫宸科技有限公司;溧陽紫宸新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M10/0525;H01M4/62;H01M4/36;H01M4/133
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 劉二艷

本發明提供了一種復合石墨負極材料及其制備方法和應用，所述復合石墨負極材料包括石墨內核和設置于所述石墨內核表面的固態電解質包覆層，所述固態電解質包覆層的厚度為20～120nm，本發明通過原位合成法引入固態電解質包覆層可以有效抑制電解液與石墨間的副反應，防止如電池短路等極端情況引發的熱失控風險。相比于氧化鋁包覆層，固態電解質包覆層對石墨負極容量的影響更低，能耗更小，成本更低廉，易于大規模推廣。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池負極材料領域，涉及一種復合石墨負極材料及其制備方法和應用。

背景技術

鋰離子電池由于具有高能量密度，高輸出電壓，長循環壽命，無記憶效應，自放電率低等重要優勢，已經成為當代最重要的儲能設備之一，受到了廣泛的關注。石墨負極具有成本較低、加工方便、嵌鋰電位低、無污染等特點，被廣泛用作鋰離子電池負極材料。

石墨負極及其形成的SEI膜具有在較低溫度下易與電解液反應和易分解的特性。在石墨表面包覆氧化鋁是一種比較通用的方法，但是，氧化鋁為惰性材料，會給電極電化學性能帶來較大的影響。因此，如何在不大幅降低材料電化學性能的前提下，給石墨負極材料包覆上既能改善材料整體的熱穩定性，降低電子電導率，以改善鋰離子電池的安全性能具有重大的研究意義。

固態電解質是一種可以為鋰離子傳輸提供路徑的離子導體，本身為非惰性材料，且具有較好的熱穩定性。針對現有技術中石墨類負極材料熱穩定性差，鋰離子電池中負極極片接觸電阻較小，以及采用石墨類負極材料的鋰離子電池在短路或硬物穿刺時易發生著火或爆炸等安全性問題。

CN108134060A公開了一種固體電解質界面膜包覆負極材料的復合材料、其制備方法及用途。其通過固相成膜法、液相成膜法或化學成膜法在負極材料表面制備一層致密均勻包覆的SEI膜，這種SEI膜包覆的負極材料有較高結構穩定性和熱穩定性，以此材料作負極的鋰離子電池表現出優異的循環穩定性能，其所述方法雖然可以有效提高石墨在電池循環過程中的安全性，但是三氧化二鋁為惰性材料，對于其負極材料容量有較大的影響。

CN113540416A公開一種固體電解質包覆石墨復合材料及其制備方法和應用、鋰離子電池，其在石墨內核與碳層之間設置包含固體電解質的中間層，是因為固體電解質為立方體結構，鋰離子的嵌出通道多且結構穩定，其所述方法可以有效提高安全性，減小容量損失，但是方法成本較高，能耗較大，不易推廣。

上述方案提供的石墨復合材料存在有安全性差或成本高的問題，因此，開發一種安全性好，成本低且穩定性好的復核石墨負極材料是十分必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合石墨負極材料及其制備方法和應用，本發明通過原位合成法引入固態電解質包覆層可以有效抑制電解液與石墨間的副反應，防止如電池短路等極端情況引發的熱失控風險。相比于氧化鋁包覆層，固態電解質包覆層對石墨負極容量的影響更低，能耗更小，成本更低廉，易于大規模推廣。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種復合石墨負極材料，所述復合石墨負極材料包括石墨內核和設置于所述石墨內核表面的固態電解質包覆層，所述固態電解質包覆層的厚度為20～120nm，例如：20nm、40nm、60nm、80nm、100nm或120nm等。

本發明所述復合石墨負極材料中，固態電解質包覆層的引入可以有效抑制電解液與石墨間的副反應，防止如電池短路等極端情況引發的熱失控風險。相比于氧化鋁包覆層，固態電解質包覆層對石墨負極容量的影響更低，能耗更小，成本更低廉，易于大規模推廣。

優選地，所述復合石墨負極材料的比表面積為1.54～2m²/g，例如：1.54m²/g、1.56m²/g、1.6m²/g、1.8m²/g或2m²/g等。