[发明专利]改性石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明提供了改性石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池。所述方法包括以下步骤：对石墨悬浮液进行水热反应或溶剂热反应，得到一次处理石墨；将一次处理石墨与插层剂混合反应，得到二次处理石墨；将二次处理石墨与碳源混合后，进行预氧化处理、预炭化处理和炭化处理，得到所述改性石墨负极材料。本发明提供的制备方法获得的改性石墨负极材料具有容量高、循环性能好、倍率性能好，体积膨胀效应低的特点。

技术领域

本发明属于储能材料技术领域，涉及负极材料及其制备方法和锂离子电池，尤其涉及改性石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池是一种可循环使用的储能设备，与铅酸、镍铬及镍氢电池相比，其具有体积(质量)比容量高、功率密度高、无记忆效应及环境友好等优势，因此被广泛应用于在各类笔记本电脑、移动电话、数码摄像机、便携式电子产品及电动汽车与储能设备等。但随着社会不断地发展，需要锂离子电池具有更高的比容量，更好的安全性能和更快的充放电速率。为了实现这些目标，研究人员从电池组成的各个模块出发，主要包括正负极材料、电解液、隔膜和组装技术。其中，改进提高负极材料的性能是科研人员进行的重要工作之一。

目前市场上主要使用石墨作为商业化锂离子电池负极材料，石墨理论储锂容量可达372mAh g^-1，具有价格低、环境友好及资源丰富的优点。但是石墨材料中的天然石墨与电解液相容性差，首次不可逆容量较大，高倍率充放电性能差，影响其长循环寿命，一般需要进行修饰处理才可以使用。石墨材料中的人造石墨具有结构稳定，与电解液的相容性优于天然石墨等优势，但是仍存在表面粗糙、多孔、比表面积大及对电解液中溶剂敏感等问题，为了获得性能更佳的人造石墨材料，需要对其进行表面处理。目前研究和采用较多的技术是采用包覆材料与焦类原料进行包覆，炭化造粒后在材料表面形成包覆层，再石墨化进一步提高石墨化度，以此抑制电解液溶剂的嵌入，同时包覆层在一定程度上可以缓冲石墨的体积效应，从而提升整体材料的循环性能和倍率性能；或者对原料进行表面修饰，例如氧化处理，然后再进行混合造粒和石墨化处理；或者采用人造石墨与包覆材料混合造粒炭化处理来提高循环性能。这些方法都能有效提高人造石墨的循环性能，但是无论是炭包覆原材料炭化再石墨化，还是对石墨化后人造石墨进行碳包覆，仍有可提升的空间，例如如何实现包覆材料的均匀包覆，并且克服包覆给整体材料带来的容量降低的影响，从而有效实现人造石墨负极材料的高倍率长循环性能，目前仍是业界需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供改性石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池。本发明提供的方法可以在保留人造石墨稳定性优点的基础上，进一步提高负极材料的储锂容量，同时提高人造石墨负极材料循环性能和倍率性能。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种改性石墨负极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

对石墨进行水热反应或溶剂热反应，得到一次处理石墨；

将所述一次处理石墨与插层剂混合反应，得到二次处理石墨；

将所述二次处理石墨与碳源混合，再进行加热处理，得到所述改性石墨负极材料，所述加热处理包括炭化处理。

作为本发明优选的技术方案，所述石墨包括人造石墨；

优选地，所述人造石墨为石油焦经粉碎造粒石墨化后得到的产品，且所述产品未添加包覆材料；

优选地，进行水热反应或溶剂热反应的所述石墨为石墨悬浮液；

优选地，制备所述石墨悬浮液所用的溶剂包括蒸馏水、乙醇、乙二醇和乙醇胺中的至少一种；

优选地，所述石墨悬浮液通过将石墨和溶剂超声搅拌混合得到。

作为本发明优选的技术方案，所述水热反应或溶剂热反应的温度为150℃ -180℃；