[发明专利]改性石墨材料、石墨负极材料及各自的制备方法和锂电池

说明书

本发明提供了一种改性石墨材料、石墨负极材料及各自的制备方法和锂电池。该制备方法包括：步骤S1，采用氧化扩层剂对热解碳粒进行氧化扩层处理，得扩层后材料；步骤S2，将沥青和扩层后材料混合后进行等静压、焙烧处理，得改性石墨材料。将该改性石墨材料用作制备锂离子电池的石墨负极材料，可为Li⁺的脱嵌提供更充足的通道，提高锂离子电池的比容量、压实密度、振实密度以及首次效率，从而提升锂离子电池的能量密度，且上述制备方法简单，原料易得，生产成本低。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体而言，涉及一种改性石墨材料、石墨负极材料及各自的制备方法和锂电池。

背景技术

锂离子电池作为一种性能良好的可充电二次电池，具有能量密度高、工作电压高、可快速充放电、循环寿命长、安全性能好等优势，目前已被广泛用于电子设备、电动交通工具、国防等多个领域。随着锂离子电池的技术发展，各行业对其性能要求越来越高，其中包括长循环、高倍率及高能量密度等，提升能量密度成为锂离子电池的重要发展方向之一。

提高电池的能量密度主要是通过提高原材料的比容量、压实密度、优化配方或提高平台电压来实现。目前，商业化的锂离子电池负极仍以常规碳材料为主，尤其是石墨材料，包括天然石墨和人造石墨。天然石墨一般经过表面包覆改性处理，成本低，克容量高，日韩企业应用较多，但天然石墨与电解液相容性差，循环膨胀率高，性能较差，在国内电池行业应用较少；人造石墨与电解液相容性好、循环寿命长、综合性能优异，目前仍是锂离子电池应用的主要负极材料。

然而，石墨负极材料也并非完美，其理论比容量低，压实密度低等问题成为了阻碍其进一步发展的瓶颈，随着电池能量密度要求越来越高，以提高石墨性能为目的的石墨改性技术的研究也就越发重要。

专利申请公布号为CN108232146A的中国专利申请公开了一种锂离子电池负极材料的制备方法：将硝酸钠加入浓硫酸中，加入鳞片石墨粉，在冰水浴中搅拌后加入高锰酸钾，在冰水浴中搅拌混合，在30～40℃下搅拌得混合液；向混合液中加入去离子水，搅拌混合，加入去离子水和过氧化氢溶液，搅拌混合，过滤、清洗加入分散剂中，超声分散得氧化石墨烯分散液；将铝粉加入氧化石墨烯分散液中，搅拌后加入还原剂，搅拌混合，过滤、清洗、干燥得铝-还原氧化石墨烯复合物；将石墨加入分散剂中，混合均匀得石墨分散液，向石墨分散液中加入铝-还原氧化石墨烯复合物混合均匀，将分散剂蒸发制得负极材料。该制备方法工艺流程较复杂，不适合工业生产，另由该材料的充放电曲线看出，该材料已不具备传统石墨的充放电平台，首次放电比容量710mAh/g，首次充电比容量600mAh/g，计算的首次效率≈84.5％，这与行业石墨负极材料首次效率指标要求相差太大，严重影响电池性能。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种改性石墨材料、石墨负极材料及各自的制备方法和锂电池，以解决现有技术中的石墨负极材料的比容量低、压实密度低以及首次效率低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种改性石墨材料的制备方法，该制备方法包括步骤S1，采用氧化扩层剂对热解碳粒进行氧化扩层处理，得扩层后材料；步骤S2，将沥青和扩层后材料混合后进行等静压、焙烧处理，得改性石墨材料。

进一步地，在上述步骤S2中，扩层后材料和沥青的质量比为100：1～20，优选沥青的结焦值为30～50％，优选等静压的压力为0.5～1.0MPa，优选等静压的时间为20～60min，优选焙烧的温度为500～800℃，优选焙烧的时间为10～50h。

进一步地，在上述步骤S1中，氧化扩层剂选自H₂O₂、草酸、高锰酸钾中的一种或多种，优选氧化扩层处理的温度为50～120℃，优选氧化扩层处理的时间为4～12h，优选氧化扩层剂与热解碳粒的质量比为1～10:100。