[发明专利]一种高首次效率负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高首次效率负极材料及其制备方法，其复合材料是由内核石墨及其第一包覆层无定形碳和第二金属有机包覆层组成；其制备方法为：配置金属有机化合物溶液，之后在其石墨表面包覆树脂及其金属有机化合物材料，碳化得到石墨复合材料。其石墨表面的第一无定形碳具有电子导电率高，第二金属有机物包覆层为金属有机化合物，与软碳/硬碳相比，消耗锂离子少，结合力强等优点，且金属有机化合物具有比容量高、电子轨道多、柔性强及其与有机电解液相容性高等优点，并发挥其第一包覆层和第二包覆层之间的协同作用，可以明显提升石墨材料的首次效率，压实密度，功率性能及其循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体的说是一种高首次效率负极材料及其制备方法

背景技术

目前锂离子电池要求能量密度的提高，要求负极材料石墨具有高的首次效率，提升其正极材料的克容量发挥，目前市场化的石墨材料首次效率一般为(90-93)％，而正极材料磷酸铁锂的首次效率为96％，应用于磷酸铁锂电池造成其全电池的首次效率发挥偏低。而影响因素之一就是负极材料首次效率低于正极材料的首次效率，因为为提升全电池的首次效率，首先提升负极材料的首次效率显得非常必要。而目前的石墨材料表面包覆主要为软碳/硬碳，其软碳/硬碳自身存在比容量偏低(300mAh/g)，首次效率偏低(80-85％)，压实密度偏低 (1-1.3g/cm3)等缺陷，包覆在石墨表面会限制其材料的首次效率及其比容量的发挥。而有机金属化合物材料以其比容量高、与电解液相容性高，及其形成SEI消耗少的电解液，提升其包覆层的首次效率，包覆于石墨表面可以改善其材料的首次效率。

发明内容

为提升其石墨材料的首次效率，本发明通过在石墨表面包覆第一无定形碳包覆层，和第二有机金属化合物包覆层，并发挥其两层之间的协同效应，提升其材料的首次效率、循环性能；同时提供了一种高首次效率负极材料的制备方法。

一种高首次效率负极材料，其特征在于，所述负极呈现核壳结构，内核为石墨，外壳由内向外依次是第一无定形碳包覆层，和第二有机金属化合物包覆层组成，其外壳占复合材料的质量比为(1～10)wt％；

所述的金属有机化合物包覆层是由(60～90)wt金属有机化合物，(10～40)wt％石墨烯组成。

所述内核石墨的粒径D50为(5～15)μm；

所述的第一无定形碳包覆层的厚度为(0.1～0.5)μm；

所述的第二有机金属化合物的厚度为(0.01～0.1)μm；

高首次效率负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)金属有机化合物的制备：

将金属催化剂与金属有机化合物添加到有机溶液中，搅拌均匀后，添加到石墨烯溶液，超声分散均匀后，转移到高压反应釜中，并通过水热反应，在温度为(100～300)℃反应(1～ 6)h，之后降温到室温，过滤、采用0.1mol/L的稀盐酸洗涤，过滤，真空干燥得到金属有机化合物复合材料；

质量比，金属催化剂：金属有机化合物：石墨烯＝(0.1～1):100：(1～10)；

2)石墨复合材料B的制备：

将水溶性的酚醛树脂溶于去离子水中，用40～90℃水浴加热并搅拌溶解，得到含量为 1％～20wt％的溶液；之后添加石墨，并在并在惰性气氛下，在温度为(600～900)℃碳化(1～ 6)h得到无定形碳复合材料A，之后将金属有机化合物复合材料添加到有机溶剂中配置成(1～ 5)wt％的溶液，搅拌均匀后，添加复合材料A，超声分散均匀后，喷雾干燥得到金属有机化合物包和无定形碳包覆石墨复合材料(简称，石墨复合材料B)；

质量比：酚醛树脂：石墨＝(5～15):100；

质量比：复合材料A：金属有机化合物＝100:(10～30)；