[发明专利]锂离子电池微晶石墨掺石墨烯负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种锂离子电池微晶石墨掺石墨烯负极材料及其制备方法，采用天然微晶石墨作为原料，通过将三部分粒径大小不同的原料经预处理后进行比例搭配，实现了原料的有效利用，实现了颗粒间的良好接触，改善了循环性能和倍率性能；通过在不同阶段加入氧化石墨烯，使微晶石墨内部或表面分布有石墨烯，提高了导电性能，且在后续制作锂电池时仅需加入少量的导电剂，甚至无需额外加入专用的导电剂，大大降低锂电池的制作成本。通过本发明的方法制得的负极材料对应的锂离子电池可逆容量高，首次容量可以达到367.9mAh/g，循环稳定性好，在1500次循环仍保持362.6mAh/g，高倍率放电能力好，在50mA/g到800mA/g电流密度范围内提供376mAh/g到358mAh/g的容量，当电流密度切换回50mA/g时，恢复到363mAh/g。

技术领域：

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池微晶石墨掺石墨烯负极材料及其制备方法。

背景技术：

随着电动汽车、3C、储能等领域的不断发展，锂离子电池已经在人们的生活中得到了广泛的应用。而由于锂离子电池负极材料的质量好坏会直接影响锂离子电池的各项性能，故，负极材料的选择对于锂离子电池的整体性能起关键性作用。

目前，锂离子电池负极材料通常选用石墨材料，且一般采用天然鳞片石墨或者人造石墨。由于我国天然微晶石墨资源丰富，价格低廉，特别是天然微晶石墨的晶粒尺度小，晶粒之间化学结合强度高，从理论上来说应该远高于天然鳞片石墨的电化学循环性能，故考虑用天然微晶石墨作为锂离子电池的负极材料。但是，在对天然微晶石墨提纯过程中，石墨表面会呈现不同比例和种类的表面官能团，表面官能团上的活泼碳原子与电解液中锂盐作用生长SEI膜的不稳定既消耗了锂离子，也会带来容量的不可逆性；其次，天然微晶石墨边缘层面的石墨层与层之间的范得华力较弱，在充放电过程中片状结构剥离，造成充放电的循环性能降低；天然微晶石墨由于其结构的高度取向性，使其在制备电池极片时不易拉浆制片，充放电过程中易从电极上脱落，不利于大电流充放电；最后，天然微晶石墨存在内部结构缺陷、碳层面堆积缺陷和孔隙缺陷，由于本身中有杂质存在，提纯过程中在脱出灰分时，杂质挥发后会留下空隙造成缺陷，这些缺陷会影响锂离子嵌入脱出和扩散过程，降低储锂容量，并会造成锂离子电池的首次不可逆容量增加；且由于阻抗较高，导电性较差，在后续使用中需要额外添加大量的导电剂，增加了使用成本。由此可见，采用天然微晶石墨作为锂离子电池的负极材料存在诸多的问题。

发明内容：

本发明的第一个目的在于提供一种循环性能、倍率性能、低温性能等都得到改善的锂离子电池微晶石墨掺石墨烯负极材料的制备方法。

本发明的第二个目的在于提供一种利用锂离子电池微晶石墨掺石墨烯负极材料的制备方法制备得到的负极材料。

本发明的第一个目的由如下技术方案实施：

锂离子电池微晶石墨掺石墨烯负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将同批次的天然微晶石墨粉粹后，并根据粒度大小分为三部分不同粒径的粉体M1、M2及M3；

S2：将步骤S1中得到的粉体M2进行预处理，得到M2’；

S3：在惰性气体保护下，将步骤S1中的得到的M1、步骤S2中得到的M2’和步骤S1中的得到的M3分别放入不同的石墨化炉中，均通过升温、保温和降温三个过程，进行石墨化，分别得到三种石墨化后的粉体；

S4：将所述步骤S3中得到的M1、M2’和M3分别石墨化后对应的三种粉体按1∶8∶1至8∶1∶1的重量比进行混合，得到混合粉体M0，并向M0中加入沥青和氧化石墨烯粉体进行混合；

S5：将步骤S4中得到的物料进行融合；

S6：在惰性气体保护下，将步骤S5中得到的融合后的物料，通过升温、保温和降温三个过程，进行碳化；