[发明专利]一种石墨烯基复合负极材料的制备方法及制得的负极材料和锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种石墨烯基复合负极材料的制备方法及制得的负极材料和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为一种工艺成熟的电化学电源体系已经应用于人们日常生活的各个方面，但其性能仍然难以满足应用中的各种需求。当前应用最广泛、性能最佳的锂离子电池负极材料当属石墨类材料，其具有良好的层状结构、平稳的放电平台、脱嵌锂过程中较小的体积变化及无电压滞后现象。但从另一个角度来看，石墨类负极材料具有容量上限值，难以突破；与电解液的相容性欠佳，导致电池循环稳定性较差；且大电流充放电性能差，倍率性能有待提升。所以，研发人员针对石墨作为锂离子电池负极材料进行了几十年的改性研究，比较成功的改性方法如进行表面氧化或卤化，表面包覆无定形碳、金属及其氧化物、聚合物等，或者掺杂金属或非金属元素，还可以在石墨中引入少量特殊性能的其他组分构成复合材料，从而改变石墨负极的综合性能。

石墨烯是石墨的单层结构，可以由石墨进行液相氧化，加热膨胀，再机械剥离、还原而得到，具有高导电性、高导热性、高机械强度和柔韧性、高稳定性等特征，所以石墨烯与石墨的复合表现出各种优异的性能。该复合材料用作锂离子电池负极材料表现出导电性增强，提升电池功率特性；储锂容量增加，电池能量密度提升；循环稳定性增强，电池寿命延长等。但是，纯相石墨烯材料生产成本高，且石墨烯片比表面积大，很难独立存在，容易团聚，难以在石墨相中均匀分散，所以选择合适的石墨烯基复合工艺，并获得负极材料的综合性能提升，是本领域一个亟待解决的技术问题。

中国发明专利申请CN102412396A公开了一种非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料，将正极材料、正极材料前驱体或负极材料，置于气氛炉里烧结，通入含氧有机物，同时通入水汽，以及通入惰性气体氮气和/或氩气，通入的含氧有机物与水汽的体积分数分别为1～90％和0.1～15％，控制气氛炉里的温度为500～1300℃，反应3～40小时，冷却至室温，得到非连续石墨烯包覆的锂离子电池电极材料。所述方法虽然能够得到非连续石墨烯包覆的锂离子电池负极材料，但是其结构不够稳定，比容量、电导率、倍率性能、吸液性能和循环性能欠佳，不能满足应用中的各种需求。

中国发明专利申请CN102569810A公开了一种石墨烯改性的锂离子电池负极材料及其制备方法，将氧化石墨烯均匀分散于水溶液或有机溶剂中，将石墨球均匀分散到有机溶剂中，再将两分散液混合均匀；加入还原剂，搅拌回流；然后过滤干燥得到石墨烯与石墨球复合材料的初级产物；最后经过高温煅烧获得石墨烯改性的锂离子电池负极材料。所述方法虽然能够得到非连续石墨烯包覆的锂离子电池负极材料，但是也存在结构不够稳定，比容量、电导率、倍率性能、吸液性能和循环性能欠佳的问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种石墨烯基复合负极材料的制备方法及制得的负极材料和锂离子电池，所述方法制得的负极材料包括石墨和均匀分布于石墨相中的纳米石墨烯片层结构，两相紧密接触，具有结构稳定、高比容量、高电导率、高倍率性能、优异的吸液性能和循环性能。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案：

在第一方面，本发明提供一种石墨烯基复合负极材料的制备方法，以天然石墨和/或人造石墨前驱体为原料，与一定量的氧化石墨均匀混合；再加入一定比例的粘结剂进行高温混捏；对混捏物料进行轧片，粉碎；然后进行压型、压型品高温石墨化，在石墨化过程中，氧化石墨发生膨化，层剥离；形成石墨烯和石墨两相紧密接触的复合材料，最后粉碎过筛获得要求粒度的石墨烯基复合负极材料。

具体地，所述方法包括如下步骤：

（1）将石墨原料和氧化石墨均匀混合，得到混合物料；

（2）向所述混合物料中加入粘结剂进行混捏，得到混捏物料；

（3）对所述混捏物料进行轧片，得到片状物料；

（4）对所述片状物料进行粉碎处理，得到粉体物料；

（5）对所述粉体物料进行压型，得到压型品；

（6）在保护性气氛下对所述压型品进行石墨化处理，得到石墨烯基复合负极材料。