[发明专利]一种石墨负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电池材料技术领域，提供了一种石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：将石墨与氧化剂混合后进行氧化处理，再进行煅烧，得到氧化石墨；将氧化石墨与沥青、催化剂和有机溶剂混合后进行碳化处理，得到石墨负极材料。本发明将石墨氧化后，再利用催化剂原位催化沥青，从而在石墨表面形成了碳层，形成的碳层既可以作为保护层来防止石墨层间电解液分解副反应的发生，又提高了石墨负极材料的比容量。实施例的结果显示，对本发明制备的石墨负极材料进行锂离子扣式电池恒流充放电测试，测得其在电流密度为37mA/g的条件下循环120周后，充放电比容量能够保持589mAh/g。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种石墨负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池因具有工作电压高、能量密度高、充放电效率高、无记忆效应和自放电小等优点而在电动汽车和便携式移动设备中得到了广泛应用。近年来，随着生活水平的不断提高，人们对锂离子电池的性能提出了更高的要求，包括高能量密度、高安全性、高电压和优异循环性能等。

负极材料作为锂离子电池重要的组成部分之一，在一定程度上决定了锂离子电池的性能。目前商业化锂离子电池负极材料仍以石墨为主，石墨负极材料具有结晶程度高、压实密度高、加工性能好等优点，但是石墨负极材料的理论比容量较低(372mAh/g)，无法满足高比能量锂离子电池的发展要求。另外，石墨负极材料通常以天然石墨为原料，而未经改性的天然石墨的比容量远低于石墨的理论比容量。因此，亟需一种高比容量的石墨负极材料以满足高比能量锂离子电池的发展要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨负极材料及其制备方法和应用，本发明提供的石墨负极材料的制备方法制备的石墨负极材料具有高比容量。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供了一种石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石墨与氧化剂混合后进行氧化处理，再进行煅烧，得到氧化石墨；

(2)将所述步骤(1)得到的氧化石墨与沥青、催化剂和有机溶剂混合后进行碳化处理，得到石墨负极材料。

优选地，所述步骤(1)中石墨的质量与氧化剂的体积比为(1～3)g：15mL。

优选地，所述步骤(1)中的氧化剂包括过氧化氢、浓硫酸或浓硝酸。

优选地，所述步骤(1)中氧化处理的温度为60～80℃，氧化处理的时间为8～12h。

优选地，所述步骤(1)中煅烧的温度为800～1000℃，煅烧的时间为2～4h；升温至所述煅烧温度的速率为1～5℃/min。

优选地，所述步骤(2)中氧化石墨、沥青和催化剂的质量比为(1.5～2.0)：(0.1～0.3)：(0.02～0.2)。

优选地，所述步骤(2)中的催化剂包括铁盐、钴盐和镍盐中的一种或几种。

优选地，所述步骤(2)中碳化处理的温度为800～1000℃，碳化处理的时间为3～6h；升温至所述碳化处理的温度的速率为1～5℃/min。

本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的石墨负极材料，所述石墨负极材料的粒径为5～10μm。

本发明还提供了上述技术方案所述石墨负极材料在锂离子电池中的应用。