[发明专利]表面处理提高天然石墨储锂性能的方法及其制品、应用

说明书

本发明公开了一种表面处理提高天然石墨储锂性能的方法及其制品、应用，其方法包括以下步骤：将天然石墨粉球磨产生粗糙表面，然后在含氧气氛中刻蚀处理，接着放入回转炉中生长垂直石墨烯片，最后进行粉碎并过筛处理，获得表面处理石墨粉。所制得的表面处理石墨粉的电导率高，垂直石墨烯片增强石墨粉与基体及集流体的结合，提高了机械强度，垂直石墨烯片增强了活性材料之间的接触，有利于导电性能的提高。在用作锂离子电池负极材料时，由于导电性的提高三维石墨烯在制备电极时可降低或者不添加导电剂；由于机械强度的提高，其较强的附着力和机械强度可降低粘结剂的使用量，从而进一步提高质量比容量和大电流充放电能力。

技术领域

本发明涉及天然石墨粉表面处理技术领域，特别涉及一种表面处理提高天然石墨储锂性能的方法及其制品、应用。

背景技术

负极材料对锂离子电池性能的具有决定性的影响。低充放电电压平台、高循环稳定性、较高的比容量及高安全性的优势使得碳材料成为目前商业化锂离子电池主要采用的负极材料。商业化碳负极材料以石墨为主，主要包括天然石墨和人造石墨，具有较高的正极材料匹配度，锂离子在层状结构中嵌入和脱出方便，导电性好。天然石墨具有导电性好、结晶度较高、良好的层状结构适合锂的嵌入脱嵌、储量丰富、价格低廉及生产过程绿色环保等优点，但也存在着一些缺点需要克服。首先，由于石墨层间距(d₀₀₂≤0.34nm)小于石墨插层化合物Li_xC₆的晶面层间距(0.37nm)，充放电过程中石墨层间距发生反复改变，从而造成石墨层剥落、粉化；其次，天然石墨中含有杂质，容易与电解质反应，还会发生溶剂分子随锂离子共嵌入石墨片层，也会引起石墨层剥落，造成结构的破坏。另外，石墨的片层结构决定了锂离子只能从端面嵌脱，并逐渐扩散到颗粒内部，天然石墨的鳞片状结构常常使其单向堆叠，增加了锂离子嵌脱的路径。这些问题导致天然石墨的性能剧烈下降，采取措施解决这些问题是实现天然石墨工业化应用的前提。

为解决天然石墨锂离子电池负极应用的问题已经进行了大量研究，开发了多种方法，如公开号“CN108039475A”提供了一种球磨处理结合N修饰改性天然石墨的方法；公开号“CN106450312A”公开了一种高温热处理实现无机掺杂改性天然石墨的方法；公开号“CN108832091A”公开了一种自加压浸渍改性石墨的方法。即主要有表面包覆、球形化处理、氧化处理等。表面包覆一般是在天然石墨颗粒表面包覆上一层热解炭，形成以石墨颗粒为核心的核-壳结构，从而阻止天然石墨与溶剂的反应，包覆的方法有气相沉积、固相混合、液相浸渍等。球形化处理是通过研磨的方法对天然石墨形貌进行改进，使其尽可能达到各向同性的效果，可明显改善天然石墨的比容量、首次库伦效率及循环性能。氧化处理是通过气相和液相氧化的方法对天然石墨进行表面改性。氧化处理可以除去石墨颗粒表面的不利结构，从而减少首次循环中的不可逆容量，还可形成由羧基/酚基、醚基和羰基等组成的氧化物致密层，这种表面层起到了钝化膜的作用，可防止了溶剂分子的共嵌，但是石墨粉比容量、快速充放电能力及循环稳定性还是不太理想。

发明内容

针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种表面处理提高天然石墨储锂性能的方法及其制品、应用。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：

一种表面处理提高天然石墨储锂性能的方法，其特征在于：其包括以下步骤：

(1)球磨处理：将天然石墨粉进行球磨处理；目的是在天然石墨粉产生粗糙表面；

(2)氧刻蚀处理:将球磨后的天然石墨粉在含氧气氛中刻蚀处理；目的是在表面产生微观缺陷及含氧官能团，从而产生有利的形核位置，有利于垂直石墨烯片的形核和生长；

(3)垂直石墨烯片的生长:将氧刻蚀处理的天然石墨粉放入回转炉中生长垂直石墨烯片；

(4)粉碎过筛:将生长垂直石墨烯片的天然石墨粉进行粉碎并过筛处理，制得表面处理石墨粉。