[发明专利]制备负极材料的方法、负极材料、负极极片和锂离子电池

说明书

本申请提供了一种制备负极材料的方法、负极材料、负极极片和锂离子电池。该制备负极材料的方法包括：将内核材料与含有杂元素的聚合物或含有杂元素的离子液体混合并加热；将该包覆有含有杂元素的聚合物或含有杂元素的离子液体的内核材料与功能化石墨烯混合并加热；将该功能化石墨烯、该含有杂元素的聚合物或含有杂元素的离子液体以及该内核材料进行烧结处理，获得通过掺杂碳将石墨烯固定包覆在该内核材料表面的该负极材料。本申请提供的制备负极材料的方法，通过掺杂碳固定石墨烯的方式得到掺杂碳固定石墨烯包覆内核材料的负极材料，可以使石墨烯稳定的固定在内核材料表面上，避免了石墨烯的团聚。

技术领域

本申请涉及锂离子电池领域，并且更具体地，涉及一种制备负极材料的方法、负极材料、负极极片以及锂离子电池。

背景技术

随着近年来电子产品的普及，作为其电源的锂电池，因具有质量轻、体积小、工作电压高、能量密度高、输出功率大、充电效率高和无记忆效应等优点，越来越受到重视。但由于受制于锂离子电池能量密度的瓶颈，受到用户的不断诟病。鉴于锂离子电池能量密度的瓶颈已不易突破，因此，目前研究人员将锂离子电池的快速充电性能作为目前的主要研究方向，努力让电池的性能紧跟科技发展的需求。

作为当前最耀眼的概念材料，石墨烯始终得益于其高容量，高电导率，以及可以快速充电等性能，在锂电池材料研究中占有一席之地。但是石墨烯却有比表面积巨大，容易团聚等缺陷，若应用在锂离子电池中，会导致电池使用寿命降低，阻隔锂离子传输，首次效率低下，电极片无法制备等问题，目前还不能生产商用。

专利US8580432B2提供了用了一种负极材料，该申请是将纳米石墨烯片、纳米负极材料和碳源材料混合造粒，然后碳化，得到外面包覆碳的纳米石墨烯和纳米负极材料的颗粒，但是在该材料中石墨烯仍然是无序分布，使得材料的比表面积巨大，不易制备成极片，同时，石墨烯无化学键固定，使得材料会因为石墨烯的团聚而无法使用，电池寿命受到严重影响。

在目前的锂离子电池的负极材料中，石墨烯仍然存在着团聚，从而石墨烯的混乱分布和团聚造成电池的比表面积巨大，阻隔锂离子传输，造成电池的充电速率较慢和使用寿命低的问题，

发明内容

本申请提供一种制备负极材料的方法、负极材料、负极极片和锂离子电池，能够解决该负极材料作为电池负极时石墨烯的团聚问题，从而延长电池的使用寿命和提高电池的充电速率。

第一方面，提供了一种制备负极材料的方法，该方法包括：将内核材料与含有杂元素的聚合物或含有杂元素的离子液体混合并加热，以使该含有杂元素的聚合物或含有杂元素的离子液体包覆该内核材料；将该包覆有含有杂元素的聚合物或含有杂元素的离子液体的内核材料与功能化石墨烯混合并加热，以使该功能化石墨烯包覆该含有杂元素的聚合物或含有杂元素的离子液体以及该内核材料；将该功能化石墨烯、该含有杂元素的聚合物或含有杂元素的离子液体以及该内核材料进行烧结处理，获得通过掺杂碳将石墨烯固定包覆在该内核材料表面的该负极材料。

第一方面提供的制备负极材料的方法，先将内核材料与含有杂元素的聚合或者含有杂元素的离子液体进行包覆处理，然后通过功能化石墨烯与包覆有含有杂元素的聚合物或含有杂元素的离子液体内核材料之间的化学反应，将功能化石墨烯与包覆在内核材料上的含有杂元素或聚合物或含有杂元素的离子液体之间固定，以使该功能化石墨烯包覆该含有杂元素的聚合物或含有杂元素的离子液体以及该内核材料，将该功能化石墨烯、该含有杂元素的聚合物或含有杂元素的离子液体以及该内核材料进行烧结处理，获得通过掺杂碳将石墨烯固定包覆在该内核材料表面的该负极材料。利用该方法获得的负极材料，可以使石墨烯稳定的固定在内核材料表面上，避免石墨烯的团聚，从而避免了石墨烯的混乱分布和团聚而导致由该负极材料制备的锂离子电池的比表面积巨大、阻隔锂离子传输和使用寿命降低的问题。材料兼具快充和高能量密度的特性，且易于生产和商用。