[发明专利]纳米掺杂沥青包覆石墨材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种纳米掺杂沥青包覆石墨材料的制备方法，涉及电池材料技术领域，采用混合后的纳米掺杂剂与沥青经高温液相反应得到的掺杂包覆沥青与石墨碳经过熔融处理、碳化处理、石墨化处理和除磁处理后形成具有密集的闭孔纳米空腔结构；本发明还公开了一种采用上述实施例中的方法制备的纳米掺杂沥青包覆石墨材料；本发明还公开了一种采用上述实施例中的纳米掺杂沥青包覆石墨材料在电池制造中的应用，能够提供一种容量高、倍率好、工艺简单易于规模化生产的人造石墨负极材料。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，特别是涉及纳米掺杂沥青包覆石墨材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着社会的不断发展，人们对移动电源尤其是锂离子电池有着更高的要求和期望，希望容量更大，库伦效率更高，倍率性能更好，寿命更长，而且希望成本进一步降低；电池性能的提高依赖于电极材料的发展和完善，因此长期以来，提高锂离子电池负极材料的比容量，减少首次不可逆容量，提高库伦效率，提高倍率性能，改善循环安全性能，同时使用低成本的原料和工艺，一直是负极材料研究的重点。

在所有锂离子电池负极材料中，天然石墨有较低的放电平台，且其成本低廉，资源丰富，但其结构为层状结构，易造成溶剂分子的共插入，使其在充放电过程中层片剥离，导致电池循环性能差，安全性能差；在天然石墨基础上采用不同的改性方法获得的改性天然石墨在溶剂相容性和循环安全性能上有很大提高，但容量不高、倍率性能差难以通过简单的改性处理得到改变；人造石墨的溶剂相容性好，循环和倍率性能较佳，但由于其比容量并没有很大提高，且其制备成本较高，如深圳贝特瑞的天然石墨改性产品，在对天然鳞片石墨球形化处理后进行碳包覆处理，获得93％的首次库伦效率和365mAh/g的放电容量；专利CN101117911A提到的非晶碳包覆天然石墨制备的负极材料，首次效率在92％以上，首次放电容量为355mAh/g；上海杉杉科技的人造石墨微球的比容量也只有280～360mAh/g，无法突破理论容量；但市场需要更高容量和倍率性能的负极材料来提高锂离子电池的能量密度和功率密度。

虽然有些科学研究论文中指出可以通过一些氧化、改性和掺杂能手段得到容量超过370mAh/g的改性石墨材料，但多数方法都不具有实际生产价值。

具有高容量的硅碳负极目前有了长足的发展，已有极少量的产品进入市场，但大部分产品的容量只有400～550mAh/g，而且成本高昂，批量稳定性存在问题，限制了他们的商业化应用，因此开发一种容量高、倍率好、工艺简单易于规模化生产的人造石墨负极材料非常有必要，也符合市场需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米掺杂沥青包覆石墨材料及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的问题，能够提供一种容量高、倍率好、工艺简单易于规模化生产的人造石墨负极材料。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种纳米掺杂沥青包覆石墨材料的制备方法，包括如下步骤：

S1.制备过渡金属氧化物纳米颗粒或氢氧化物纳米颗粒作为纳米掺杂剂；

S2.将S1中得到的纳米掺杂剂与软化点为150～250℃的沥青通过球磨处理或气流磨进行混合，得到掺杂包覆沥青；

S3.将S2中得到的掺杂包覆沥青进行高温液相反应，得到纳米掺杂沥青；

S4.将S3中得到的纳米掺杂沥青破碎后与石墨碳材料经混合包覆后，依次进行熔融处理、碳化处理、石墨化处理和除磁处理后得到纳米掺杂沥青包覆石墨材料。

优选的，步骤S1中，所述过渡金属氧化物纳米颗粒为氧化铁、氧化钴和氧化镍中的一种或多种，所述氢氧化物纳米颗粒为氢氧化铁、氢氧化钴和氢氧化镍中的一种或多种。

优选的，所述纳米掺杂剂为纳米球、纳米片或纳米棒状。

优选的，步骤S2中，所述纳米掺杂剂和所述沥青粉末混合质量比例为1：(4～49)。