[发明专利]一种提升石墨电极材料容量的方法

说明书

本发明公开了一种提升石墨电极材料容量的方法。具体是采用氢同位素气体增强机械球磨策略，通过调节其气氛和压力大小，得到一系列颗粒尺寸小、比表面积大、且与氢同位素发生内在作用的石墨电极材料；与未处理石墨相比，所制得石墨材料的储锂容量得到显著提升，其100次充/放电循环容量可从50mAh/g增加到330mAh/g；同时首次库伦效率、倍率性能和离子迁移速率均有明显改善。本发明所涉及提升石墨电极容量的方法简单，绿色环保，具有规模化推广价值。

技术领域

本发明属于材料、新能源技术领域，具体涉及一种提升石墨电极材料容量的方法。

背景技术

随着工业迅速发展，环境污染日益恶化，寻求可持续发展、绿色新能源的开发利用成为未来经济发展的热点。锂电池由于具有能量转化率高、能量密度大、环境污染小等优点，广泛用于移动通讯和数码科技。近年来应用于新能源汽车上，未来对锂电池的需求有巨大的前景。但是，作为锂电池常用电极材料的石墨，存在理论比容量小，制备工艺复杂，电池容量偏小，循环稳定性差等缺陷，越来越难满足作为动力电源的能量需求。因此开发在大电流密度下放电比容量高、循环稳定性好的负极材料具有十分重要的意义。

发明内容

本发明提供一种提升石墨电极材料容量的方法，制备出一种比容量高、循环稳定性好的石墨电极材料，以克服现有技术的不足。

为实现上述技术目的，本发明提供如下技术方案：

一种提升石墨电极材料容量的方法，所述方法包括如下步骤：

将石墨与球磨介质按质量比1：(30-50)混合，在氢同位素气体气氛和压力作用下进行球磨，得到石墨电极材料。

优选的，所述石墨为片状或颗粒状。

优选的，所述球磨介质为钢球、铸铁球、锰铸铁球、陶瓷球、锆球或砾石中的一种。

优选的，所述氢同位素气体为H₂、D₂和T₂中的一种或多种。

优选的，所述压力为0.1-10MPa。

优选的，所述压力为0.1-4MPa。

优选的，所述压力为2-4MPa。

优选的，所述球磨的转速为300-800rpm，所述球磨的时间为0.5-3h。

本发明还提供了一种利用上述方法制备的石墨电极材料。

本发明还提供了一种上述石墨电极材料在锂离子电池中的应用。

本发明与现有技术相比，有益效果为：

本发明使用球磨的方式使石墨烯片层发生明显的堆叠，由纳米片转变为团块；片层边缘破碎，晶格发生弯曲和变形，实现了在石墨烯中可控引入大量缺陷，缺陷结构可以作为活性位点，显著提高石墨烯材料的储钠容量，同时其电容主导的储钠行为保持了材料良好的倍率和循环性能，球磨带来的致密化效果还显著改善了石墨烯材料的体积性能；同时采用氢同位素气体增强的全固态球磨法，在全固态球磨的过程中氢原子会与石墨层产生内在作用，主要是H原子易于吸附在石墨表面将促进其解离，进而得到一种颗粒尺寸小、比表面积大的石墨片材料；同时表面吸附的H原子还可以增加Li⁺的嵌入位点，促进了锂离子的迁移，从而使所制得材料的储锂容量得到显著提升，倍率性能和离子迁移速率也有所改善。

所制备的石墨电极材料作为负极材料应用于锂电池中，具有显著提升的电化学性能，放电容量从未处理石墨的50mAh/g增加到330mAh/g，首次库伦效率高，循环稳定性好，显著提升了电池容量和循环稳定性。