[发明专利]一种锂离子电池石墨烯/软碳负极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明提供了一种软碳复合负极材料，包括软碳颗粒和石墨烯；所述石墨烯包覆在所述软碳颗粒表面。本发明选择了表面覆碳的技术方案，采用了导电性优异的石墨烯与软碳颗粒进行复合，并且实现了石墨烯均匀包覆软碳颗粒，在保持软碳自身高倍率和高循环寿命的前提下，具有能量密度高和首次充放电效率高的优势，在锂离子电池负极领域具有良好的应用前景。同时，本发明提供的制备工艺温和简单，易操作，污染小，适于工业化大生产。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种软碳复合负极材料及其制备方法、锂离子电池，尤其涉及一种锂离子电池用石墨烯/软碳负极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

锂电池具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、重量轻、自放电少、无记忆效应与性能价格比高等优点，已成为高功率电动车辆、人造卫星、航空航天等领域可充式电源的主要选择对象。因此锂电池及其相关材料成为科研人员的研究热点。

锂离子电池通常包括正极、负极、隔膜、电解液和壳体，电极材料是锂电池关键材料之一，决定着锂电池的走向。目前常规的研究大多集中在锂电池的正极材料上，如钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂以及NCM、NCA等三元材料。然而，随着人们对于电子设备中电池容量以及长循环寿命更高的要求，已有锂离子电池的性能还是无法满足应用需求，研究人员又逐渐将研究的方向转移到另一个决定锂离子电池性能的关键因素--负极材料。现有的商品化锂离子电池大多采用石墨类负极材料。碳材料具有优异的循环稳定性、低氧化电位(相对于金属锂)、低成本、优异的导电性等优点。

通常锂离子电池的负极材料主要分为几种：石墨系碳(graphite)，包括天然石墨和人工石墨等，石墨为层状结构，由碳网平面沿C轴堆积而成，平面碳层由碳原子呈六角形排列并向二维方向延伸，碳层间以弱的范德华力结合，锂可以嵌在碳层之间；以及非石墨碳材包括硬碳、软碳(如焦碳系)和中间相碳微球等，其中硬碳不易石墨化，是一种与石墨不同的近似非晶结构的碳材料，晶体尺寸较小，通常在几个纳米以下，呈无规则排列，有细微空隙存在，嵌锂容量高，但一般第一周充放电效率低，循环性能差。因而，现有的商品化锂离子电池大多采用石墨类负极材料。

但是传统的商业化锂离子电池负极材料石墨由于理论比容量较低(372mAh g^-1)，而实际比容量更低(大约330mAh/g)，倍率性能不佳，放电电压较低易造成锂沉积而引起一系列的安全问题。而软碳因其无序程度比较大，层间距d002较大，电解液相容性较好，相比传统的石墨基负极材料首次效率和倍率性能优异。因而，逐渐引起了业内研究人员的关注。但是目前市场上的软碳材料比容量较低，仅在240mAh/g左右，首次效率仅为80％，严重限制了其大规模应用。

因此，如何提高替碳材料的比容量、循环寿命等电化学性能，是负极材料的当务之急，也是本领域诸多前沿厂商和一线研究人员亟待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种软碳复合负极材料及其制备方法、锂离子电池，特别是锂离子电池用石墨烯/软碳负极材料。本发明提供的石墨烯/软碳负极材料具有能量密度高和首次充放电效率高的优势，在锂离子电池负极领域具有良好的应用前景。而且制备方法温和简单，易操作，适于工业化大生产。

本发明提供了一种软碳复合负极材料，包括软碳颗粒和石墨烯；

所述石墨烯包覆在所述软碳颗粒表面。

优选的，所述软碳颗粒的粒径为1～25μm；

所述石墨烯层的厚度为0.005～0.8μm；

所述石墨烯与所述软碳颗粒的质量比为(0.05～8)：100。

优选的，所述软碳复合负极材料由软碳原料和氧化石墨烯经复合后得到；

所述软碳复合负极材料的粒径为1～30μm。