[发明专利]一种长循环高倍率石墨负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种长循环高倍率石墨负极材料及其制备方法和应用，该材料的制备方法包括以下步骤：将粘结剂进行破碎，与导电剂混合，熔融造粒，破碎，所得融合物与人造石墨混合，机械融合，炭化，在炭化产物表面沉积人造固体电解质界面膜，得到长循环高倍率石墨负极材料。本发明中，人造固体电解质界面膜能够有效阻止电解液与人造石墨的直接接触，以及抑制无定形碳包覆层的破裂，且通过直接与导电剂接触，提高了石墨负极材料的导电性能，改善了人造石墨的倍率和循环性能，获得了容量高、循环性能好、倍率性能好的长循环高倍率石墨负极材料，用于制备锂离子电池时，能够显著提高锂离子电池的循环寿命，有着很高的使用价值和很好的应用前景。

技术领域

本发明属于负极材料领域，涉及一种长循环高倍率石墨负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

碳材料具有容量高、嵌/脱锂可逆性好、电位平台低以及循环性能优良等优点，是3C类电子产品的主要负极材料并且得到了广泛应用，并逐步拓展为电动汽车(EV)和混合电动汽车(HEV)用电源。因此，开发和应用高性能电极材料是至关重要的。目前，锂离子电池主要以石墨类材料为负极材料，传统的石墨类负极材料在其循环过程中存在循环差、倍率性能差等问题。因此，开发一种高倍率人造石墨负极材料具有十分重要的意义。

为了提高人造石墨负极材料的倍率性能，通常是在人造石墨表面包覆一层包覆层材料(如无定形碳材料)。然而，包覆材料在循环过程中容易破裂，从而使得电解液会逐步渗透到石墨负极材料中，在此过程中，电解液会与不断暴露出来的石墨负极材料反应，因而会在石墨负极材料表面持续生成固体电解质界面(SEI)膜，消耗了大量的活性锂，且电解液会逐步渗透到这些未被有效包覆的石墨负极材料中，因而会破坏石墨负极材料的结构，导致容量持续衰减，最终导致倍率性能和循环性能恶化。

为了克服包覆材料在循环过程中容易破裂的问题，可在包覆材料层上包覆一层氧化物薄膜，但现有常规方法制得氧化物薄膜存在致密性不足，包覆厚度不均一，不能有效阻止包覆层的破裂，抑制电极液与石墨的副反应，而且会造成界面电荷转移阻抗增大，导致倍率性能和循环性能恶化。另外，氧化物薄膜的导电性差，也会造成电池极化增大，材料的倍率性能恶化。

因此，如何获得一种容量高、循环性能好、倍率性能好的长循环高倍率石墨负极材料，对于提高锂离子电池的循环寿命具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种容量高、循环性能好、倍率性能好的长循环高倍率石墨负极材料及其制备方法和应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种长循环高倍率石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将粘结剂进行破碎；

S2、将步骤S1中破碎后的粘结剂与导电剂混合，熔融造粒，破碎，得到粘结剂/导电剂的融合物；

S3、将步骤S2中得到的粘结剂和导电剂的融合物与人造石墨进行机械融合，得到表面包覆有粘结剂和导电剂的人造石墨；

S4、将步骤S3中得到的表面包覆有粘结剂和导电剂的人造石墨进行炭化，得到表面包覆有无定形碳和导电剂的人造石墨；

S5、在步骤S4中得到的人造石墨的表面沉积人造固体电解质界面膜，得到长循环高倍率石墨负极材料。

上述的制备方法，进一步改进的，步骤S2中，所述粘结剂与导电剂的质量比为90～99∶1～10；所述粘结剂为石油沥青、煤沥青、中间相沥青、酚醛树脂、环氧树脂或石油树脂的一种或多种；所述导电剂为炭黑、乙炔黑、炉黑、科琴碳、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种或多种。