[发明专利]一种适用于快充锂离子电池的石墨层间化合物负极材料的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公开了一种适用于快充锂离子电池的石墨层间化合物负极材料的制备方法：(1)将第一碳材料与插层剂混合后加热，得到层间化合物中间产物；(2)将步骤(1)得到的层间化合物中间产物经氧化剂和碱性化合物处理后，水洗干燥得到石墨层间化合物；(3)将步骤(2)得到的石墨层间化合物与第二碳材料混合，得到石墨层间化合物负极材料。本发明还公开了一种采用上述制备方法得到的适用于快充锂离子电池的石墨层间化合物负极材料及其在锂离子电池中的应用。该制备方法得到的石墨层间化合物负极材料进一步缩短锂离子传导路径，提升石墨的可逆容量和倍率性能；用于改善传统石墨负极能量密度低，高倍率性能不佳的缺陷。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，尤其涉及一种适用于快充锂离子电池的石墨层间化合物负极材料的制备方法及其产品和应用。

背景技术

社会生产力不断提高，环境污染、气候变暖等问题越来越引起人类社会的关注，为了从根本上解决这些问题，清洁能源正在逐步取代传统的化石能源为人类社会的生产生活供能。交流输运是人类文明中的重要组成部分，电力驱动正在变革有轨和公路运输的方方面面。锂离子电池的高储能密度，让动力电池成为可能。

石墨负极的出现是锂离子电池安全性提高的一大转折点，然而其理论比容量较低(372mAh/g)，高充放电倍率下的性能不佳，使石墨负极难以满足动力电池长续航和快速充电的需求。如公开号为CN107482203A的中国专利公开了石墨负极材料的包覆改性方法及石墨负极材料和应用。

石墨层间化合物是一种将离子化合物嵌入石墨层间，与石墨层通过范德华力连接，在垂直于石墨的方向形成一定规则排布的化合物。石墨层间化合物具有石墨和嵌入化合物协同作用形成的高电子电导(10⁶S/m)，和基于单层石墨双面储锂及嵌入化合物储锂共同作用的高储能密度。如公开号为CN109888241A的中国专利公开了一种氧化物-石墨层间化合物及其制备方法与电极和电池。

因此，如何提高石墨负极的储能性能是目前本领域亟需解决的技术问题。

发明内容

鉴于石墨负极的诸多不足，本发明的第一个目的是在于提供一种适用于快充锂离子电池的石墨层间化合物负极材料的制备方法，该制备方法采用具有储锂活性的插层剂对碳材料进行改性，并使用未经改性的碳材料和石墨层间化合物混合，进一步缩短锂离子传导路径，提升石墨的可逆容量和倍率性能；本发明的第二个目的在于提供一种采用上述制备方法制成的适用于快充锂离子电池的石墨层间化合物负极材料，用于改善传统石墨负极能量密度低，高倍率性能不佳的缺陷；本发明的第三个目的在于提供一种适用于快充锂离子电池的石墨层间化合物负极材料及其制备方法在锂离子电池中的应用。

为实现上述目标，本发明采用的技术方案如下：

一种适用于快充锂离子电池的石墨层间化合物负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将第一碳材料与插层剂混合后加热，得到层间化合物中间产物；

(2)将步骤(1)得到的层间化合物中间产物经氧化剂和碱性化合物处理后，水洗干燥得到石墨层间化合物；

(3)将步骤(2)得到的石墨层间化合物与第二碳材料混合，得到石墨层间化合物负极材料。

在步骤(1)中：所述第一碳材料和第二碳材料为天然石墨、人造石墨中的一种或多种；所述插层剂为过渡金属的VA、VIA、VIIA族化合物的一种或多种；所述第一碳材料与插层剂的摩尔比为1：0.5～4。

优选的，所述插层剂选自氯化铁、氯化钴或硫化亚铁。

优选的，在步骤(1)中：加热条件为以5～10℃/min升温，达到插层剂的熔点至沸点之间保温8h～72h。

优选的，步骤(1)中所述反应需要真空或惰性气体氛围。