[发明专利]一种安全型改性石墨及其制备方法

说明书

本发明公开了一种安全型改性石墨，其特征在于该石墨是一种常温NTC包覆的石墨负极材料，属于锂电池负极材料领域。本发明首先将含有Zn、Cd、Ga、In、Mn、Fe、Mg、Cu、Co、Ti、Ni、Cr、Si或Be元素的常温NTC原料的混合液与石墨的分散液混合，然后经过喷雾干燥和打散工序进行包覆，形成常温NTC材料包覆石墨的前驱体；再将前驱体置于气氛炉中高温煅烧；最后进行混合、过筛、除磁得到一种NTC包覆的石墨负极材料。本发明方法利用常温NTC材料在常温下电阻率高，在高温下电阻率低的特点，制备出的石墨在低温或常温下活性较低，而在高温下表现出正常的活性。这种石墨负极材料若在具有加热功能的电池内使用可以做到低温和常温低活性，而在对电池进行加热时表现出正常的活性，同时在高温下具有比常规石墨更好的安全性和循环稳定性。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，具体为一种安全型改性石墨及其制备方法。

背景技术

近年来，随着国家政策的倾斜，电动汽车越来越普及，带动了动力锂电池的高速发展。石墨是目前锂离子电池最主流的负极材料，但是锂离子电池石墨负极材料很难保证在有较优高温性能的前提下同时具有较优的低温性能，因此很难同时满足所有气候条件的使用。针对石墨无法同时满足高低温性能优异这一问题目前没有较好的解决方法。

NTC材料是指随温度上升电阻呈指数关系减小的材料，NTC材料目前已在锂电行业有所应用。公开号CN104868158A的专利提出在正负极空箔区涂有NTC材料，空箔区的隔膜打孔，使涂有NTC的正负极箔材接触，当电池温度过高时，电池内部可形成通路，抵消外部的过充电流，从而避免电池的热失控和起火爆炸。公开号CN106684320A的专利将NTC材料与正极活性物质、导电剂、粘结剂等进行混料涂覆作为电极，可防止低温充电时析锂。公开号CN106784617A的专利在正极集流体涂覆NTC材料层，再涂覆正极活性物质，防止低温充电时析锂，增加集流体与活性物质之间粘结力。以上专利使用NTC材料主要为了提高电池安全性能，预防低温充电析锂问题，说明NTC材料在锂电中的应用是可行的；同时由于NTC材料具有随着温度上升电阻呈指数关系减小的特性，因此可以考虑使用NTC包覆石墨材料用于锂电池负极。

由于NTC材料包括低温型、中温型和常温型三种，常温型的适用温度范围为-60℃～300℃，所以如果使用常温NTC材料对石墨表面进行包覆，制备出的石墨在低温或常温下活性较低，而在高温下表现出正常的活性。这种石墨负极材料若在具有加热功能的电池内使用可以做到低温和常温低活性，而在对电池进行加热时表现出正常的活性，同时在高温下具有比常规石墨更好的安全性和循环稳定性。所制备的材料只要满足高温循环稳定性好即可，不需考虑低温和常温性能，解决了石墨无法同时满足高低温性能优异的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述石墨负极的技术问题，提供一种低温和常温低活性，高温高活性的石墨负极材料的制备方法，并将该制备方法制备的石墨负极材料应用于锂离子电池。

为实现上述目的，本发明的提供的技术方案是：一种安全型改性石墨，其特征在于：在石墨外表面包覆一层常温NTC材料，所述常温NTC材料为尖晶石型结构的金属氧化物，其化学组成为A_wB_xC_yD_zO₄，A、B、C、D独立地选自Zn、Cd、Ga、In、Mn、Fe、Mg、Cu、Co、Ti、Ni、Cr、Si或Be，w+x+y+z＝3，且其中最多有1个为0。材料的B值范围为3800～6200K，25℃下电阻率为100～5×10⁶Ω·cm。

作为上述技术方案的优选，步骤1)混合分散液中石墨占总质量比例为90～98wt％，剩余常温NTC的原料占总质量比例为2～10wt％。

作为上述技术方案的优选，步骤1)混合分散液中石墨占总质量比例为80～98wt％，剩余常温NTC的原料占总质量比例为2～20wt％。