[发明专利]一种天然石墨负极材料的改性方法

说明书

本发明涉及一种天然石墨负极材料的改性方法，包括如下步骤：将天然鳞片石墨在氮气保护下进行高温提纯；将提纯后的石墨粉碎，球化改性，得到球形石墨；将所述的球形石墨浸泡在乙二胺和氨水的混合溶液中搅拌，洗涤，干燥；将干燥后的石墨与沥青混合，球磨混合包覆，然后在惰性气体保护下进行炭化处理，得到改性后的天然石墨负极材料。本发明采用天然鳞片石墨经过高温提纯，粉碎，球化处理后，浸泡在乙二胺和氨水的混合溶液中，乙二胺和氨水处理起到造孔和引入C‑N官能团的作用，使得制备的材料具有更高的容量，本发明制备的负极材料可以提高锂离子电池的充放电性能和循环性能，此外，本发明的方法简单，生产成本低，可以大规模推广应用。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种天然石墨负极材料的改性方法。

背景技术

能源危机是制约现代社会发展的严重问题，开发和利用新能源是中国立足自身解决能源困扰的重要举措之一，锂电池，这种轻巧且可充电且性能强劲的电池，已经深深改变了人们的生活，也为构建一个零化石燃料使用的社会提供了巨大的可能性。

石墨负极作为常用的锂电池负极材料，被广泛使用3C和汽车动力电池中，然而当前主流正、负极材料已经达到物理极限，新一代材料呼之欲出，上游锂电材料供应商们也纷纷提前布局，硅碳负极作为新型锂离子电池负极材料，在提升电池能量密度方面比当前石墨负极更高效。

但硅系负极同样存在显著的问题，主要有两大缺点：硅在锂离子嵌入脱嵌过程中，会引起Si体积膨胀100％以上，这在材料内部产生较大的内应力，对材料结构造成破坏，电极材料在铜箔上脱落，同时硅表面的SEI膜不断重复形成-破裂-形成，共同降低了电极的导电性和循环稳定性；硅为半导体，导电性比石墨差很多，导致锂离子脱嵌过程中不可逆程度大，进一步降低了负极的首次库伦效率，由于硅碳负极材料制备工艺复杂,导致材料价格远远高于石墨负极。

目前改进的石墨负极不失为另一个选择。对石墨负极材料进行改性和修饰，提高其充放电容量，为目前急需开发长续航里程的锂电池提供一种新的方案和选择。

鉴于以上原因，特提出本发明。

发明内容

为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种天然石墨负极材料的改性方法，采用本发明的方法制备的石墨负极材料具有较高的容量，可以明显改善锂离子电池的充放电性能和循环性能，制备方法简单，成本低。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种天然石墨负极材料的改性方法，包括如下步骤：

(1)将天然鳞片石墨在氮气保护下进行高温提纯；

(2)将提纯后的石墨粉碎，球化改性，得到球形石墨；

(3)将所述的球形石墨浸泡在乙二胺和氨水的混合溶液中搅拌，洗涤，干燥；

(4)将干燥后的石墨与沥青混合，球磨混合包覆，然后惰性气体保护下进行炭化处理，得到改性后的天然石墨负极材料。

进一步的，步骤(1)中所述的天然鳞片石墨的粒径为-80～-120目。

本发明中的石墨选择为天然鳞片石墨，天然鳞片石墨来源丰富，我国的天然鳞片石墨矿储量世界第一；与人造石墨负极的原料针状焦相比，天然鳞片石墨更加便宜，用天然鳞片石墨制备的负极容量更高。

进一步的，步骤(1)中提纯的温度为2700-2900℃。

经过本发明的提纯后的石墨纯度大于99.99％以上。

进一步的，步骤(2)中球形石墨的粒度D50＝8～10μm。

本发明人经过大量的试验确定了球形石墨的粒度D50＝8～10μm，此范围粒度循环性能好，与锂电池中的电解液兼容性好。球化处理的目的是使石墨的振实密度更高，直接提高锂电池的容量。