[发明专利]高性能锂离子电池石墨负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种高性能锂离子电池石墨负极材料及其制备方法，其制备过程包括以下步骤：1）对天然石墨进行表面氧化处理；2）对氧化处理过的天然石墨进行硬碳包覆得到前驱体；3）对步骤2）所得前驱体碳化处理；4）对碳化处理后前驱体进行浸汁处理；5）对浸渍材料进行破碎，然后经过碳化得到高容量高功率石墨负极材料。本发明表面氧化处理天然石墨提升容量，硬碳包覆使其具备大倍率充电能力，浸渍处理修复氧化及硬碳包覆后留下的缺陷，提升其循环性能。

技术领域：

本发明涉及一种锂离子电池用的石墨负极材料及其制备方法，特别是一种高性能锂离子电池石墨负极材料及其制备方法。

背景技术:

锂离子电池主要由正极材料嵌锂的过渡金属氧化物，负极材料为高度石墨化的碳、隔膜聚烯烃微孔膜和电解质材料等组成。

锂离子电池与传统的铅酸、镍镉、镍氢等二次电池相比，锂离子二次电池具有工作电压高、体积小、质量轻、容量密度高、无记忆效应、无污染、自放电小以及循环寿命长等优点。自上世纪由日本某公司成功将锂离子电池实现商品化以来，锂离子电池已成为手机、笔记本电脑和数码产品的主导电源，在电动汽车和储能等领域的应用亦越来越广泛。目前，大规模商业化使用的锂离子电池负极材料主要是碳材料，主要包括天然石墨、人造石墨等，天然石墨天生具有高容量、高压实的优点，随着人造石墨技术的不断提升亦使得其在能力密度上有明显提升，几乎达到天然石墨水平

但是目前，大规模商业化使用的锂离子电池负极材料主要是碳材料，包括天然石墨、人造石墨等，但其实其理论比容量低，300mAh/g左右，无法满足高容量高功率的锂离子电池的需求。

近年来，特别是5G时代的到来，电子产品对电池快充性能要求不断提升，需要负极材料满足5C充电要求，且倍率性能要求还在不断提升。目前，中间相炭微球，小粒径沥青焦、等方焦等能满足5C充电要求，但其容量压实偏低，满足不了能力密度要求。因此，急需开发出兼具能力密度与快充性能的高容量高功率的锂离子电池用的石墨负极材料。

如中国专利公告号为CN109616639A发表了一种硬碳包覆膨胀微晶石墨材料及其制备方法和在钠离子电池中的应用，该技术采用微晶石墨为基材，氧化后通过硬碳包覆，得到的复合材料导电性好，储钠能力高，但要是作为锂离子电池负极材料，其硬碳大量微孔的存在，电解液易通过包覆层加入材料内部并发生副反应，势必影响材料的循环性能。还有如中国专利公告号为CN109755581A公开了《一种弹性碳材料包覆结构及其包覆工艺》，该技术是将低残碳前驱体通过表面活性剂分散于溶剂中，而后通过喷雾干燥将低碳前驱体沉积于被包覆物表面，再在其外层均匀包覆一层高残碳前驱体，然后在惰性气氛下，将包覆后的产物加热、冷却，最后经打散、筛分、除磁得到弹性碳材料包覆结构。该发明包覆工艺制备的弹性碳材料包覆结构具有很强的弹性，可以避免因被包覆物体积剧烈变化而出现破裂。但该工艺采用的是一次碳化，硬碳与软碳前驱体在同时碳化的过程中存在难以控制的工艺方法的等缺陷，从而影响了碳化后的石墨负极材料的性能。

因此，如何来提供一种锂离子电池用高容量高功率石墨负极材料及其制备方法，其可克服锂离子电池用石墨负极材料的容量压实偏低，满足不了能力密度要求的问题；同时制备出兼具能量密度与快充性能的高容量高功率的锂离子电池用的石墨负极材料及方法。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种高性能锂离子电池石墨负极材料及其制备方法；其是以天然石墨为原材料，通过氧化处理提升容量，通过硬碳包覆提升其倍率性能，通过浸渍处理提升其循环性能，通过表面氧化处理天然石墨提升容量，硬碳包覆使其具备大倍率充电能力，采用浸渍处理修复氧化及硬碳包覆后留下的缺陷，提升其循环性能。工业化生产成本低的，用于锂离子电池用的石墨负极材料。

本发明就是要提供一种高性能锂离子电池石墨负极材料的制备方法，以天然石墨为原材料，通过氧化处理提升容量，通过硬碳包覆提升其倍率性能，通过浸渍处理提升其循环性能，其包括如下步骤：