[发明专利]一种改性微晶石墨及其制备和在锂离子电池中的应用

说明书

本发明公开了一种改性微晶石墨及其制备和在锂离子电池中的应用，改性微晶石墨具有核壳结构，内核为微晶石墨微球，外壳为氮掺杂石墨化碳。制备过程为将微晶石墨通过球磨后与柠檬酸铁铵、表面活性剂及微晶石墨微球分散至水中，固液分离，得到柠檬酸铁铵包覆微晶石墨微球，柠檬酸铁铵包覆微晶石墨微球置于惰性气氛中进行煅烧处理，即得。该方法工艺简单，重复性好，且原料易得；获得的氮掺杂石墨化碳包覆微晶石墨微球具有活性位点丰富、比表面积适中、导电性好，机械强度高等特点，作为锂离子二次电池的负极，具有较高库伦效率、倍率性能优异和长循环稳定性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料，特别涉及一种内核为微晶石墨微球，外壳为氮掺杂石墨化碳的具有球形“核-壳”结构的复合材料及其制备方法和作为锂离子电池碳负极材料的应用，属于二次电池领域。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、比能量大、寿命长、自放电率小和温度范围宽等优点成为目前主流的储能系统，但是低的锂资源储量和逐渐攀升的价格限制了它的应用；

负极材料是决定锂离子电池综合性能的重要因素之一，目前锂离子电池负极材料的开发主要集中于碳材料、过渡金属化合物、有机物和合金类等方面。其中，碳材料由于具有来源广泛、价格低廉、制备方式多样化、脱嵌电位低、循环寿命长等优势，已经广泛的应用于二次电池体系的负极材料中。而在碳材料中，石墨材料由于比容量高、放电平台低和成本低廉等优势已经在锂离子电池领域成功商业化。然而常用的鳞片石墨由于结晶完整，片层大，导致锂离子嵌入脱出距离长，限制了天然鳞片石墨在高性能二次电池中的进一步应用。天然微晶石墨是我国储量丰富的一种矿产，它晶体小、近各向同性结构的特性有效降低了锂离子在电极材料中嵌入脱出的距离，但是实际上，鲜有成功将微晶石墨用于锂离子电池的技术，主要原因是微晶石墨的机械强度低，在传统的粉碎、整形等过程中极易粉化，从而产生大量细粉而降低最终产品收率，加工性不好；另外其材料本身抗形变能力较差，在锂离子的嵌脱过程中易粉化，脱落，降低了材料的循环寿命。

发明内容

针对现有微晶石墨用于二次锂离子电池负极材料存在的问题，本发明的目的是在于提供一种以微晶石墨微球为内核，氮掺杂石墨化碳为外壳构成的球形核壳结构的氮掺杂石墨化碳包覆微晶石墨球材料，该材料结构稳定，抗形变能力好，导电性优良，振实密度高以及具有良好的锂离子嵌入脱出能力，特别适合锂离子电池负极材料。

本发明的另一个目的是在于提供一种工艺简单、重复性好、成本低廉、环境友好、适合大规模生产的制备上述氮掺杂石墨化碳包覆微晶石墨微球的方法。

本发明的第三目的在于提供氮掺杂石墨化碳包覆微晶石墨微球的应用，将其作为锂离子电池负极应用，可以有效提升锂离子电池的电学性能，例如提高其库伦效率、比容量和长期循环稳定性能。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种氮掺杂石墨化碳包覆微晶石墨微球，其具有核壳结构；内核为微晶石墨微球，外壳为氮掺杂石墨化碳。