[发明专利]一种改性石墨及其制备方法、锂电池负极材料、锂电池负极片和锂电池

说明书

本发明提供一种改性石墨及其制备方法、锂电池负极材料、锂电池负极片和锂电池，该改性石墨的制备方法包括：对石墨进行氧化预处理，得到预处理石墨；将含有预处理石墨与含羟基聚合物的混合物与氯化锌进行络合反应，然后干燥，得到前驱体；将所述前驱体进行碳化处理，得到改性石墨。本发明通过对石墨进行氧化预处理后将其和含羟基聚合物的混合物与氯化锌络合反应，干燥得到凝胶状前驱体，再将前驱体进行碳化处理得到sp²+sp³无定型碳包覆sp²石墨的核壳结构的多孔改性石墨；该改性石墨应用于锂电池中为电子传导、锂离子存储和电解液浸泡提供了新的方式，大大提升了锂电池的电化学性能。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种改性石墨及其制备方法、锂电池负极材料、锂电池负极片和锂电池。

背景技术

随着社会的不断发展，人们对能源的需求不断增加。传统的能源的利用会造成温室效应、环境污染等问题，所以新能源的研发和利用迫在眉睫。锂离子电池作为一种发展已久的能源体系，具有环境友好，回收成本低等优点，已经成为学者们研究的热点。

锂电池负极材料包括碳负极材料和非碳负极材料。非碳负极材料如合金类型的硅纳米结构负极材料存在体积变化大(300％)、固体电解质界面膜形成不稳定和循环稳定性差等问题；有学者还提出了零应变尖晶石Li₄Ti₅O₁₂作为负极材料，但存在首次放电比容量(≈175mAh/g)低和工作电势较高的问题。目前锂电池负极材料主要还是使用碳负极材料，如石墨负极材料由于具有长的循环稳定性和高电导率，以及高的热学和力学稳定性，使其作为锂电池商用负极材料处于不败之地。但现有的锂电池石墨负极材料的理论的首次放电比容量才达370mAh/g，实际的首次放电比容量不超过350mAh/g。因此，锂电池石墨负极材料的电化学性能如首次放电比容量还有待继续提升。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有多孔结构，不仅能为Li⁺迁移提供了更多的方式，还能够促使电解液深入活性物质，缩短Li⁺的迁移距离，具有良好的电化学性能的改性石墨及其制备方法、锂电池负极材料、锂电池负极片和锂电池。

为实现以上目的，本发明提供技术方案如下：

一种改性石墨的制备方法，包括：

对石墨进行氧化预处理，得到预处理石墨；

将含有预处理石墨与含羟基聚合物的混合物与氯化锌进行络合反应，然后干燥，得到前驱体；

将所述前驱体进行碳化处理，得到改性石墨。

本发明通过对石墨进行氧化预处理后将其与含羟基聚合物、氯化锌和溶剂混合反应，干燥得到凝胶状前驱体，再对前驱体进行碳化处理得到sp²+sp³无定型碳包覆sp²石墨的核壳结构的多孔改性石墨；该改性石墨为电子传导、锂离子存储和电解液浸泡提供了新的方式，电子可以通过神经网络状无定形碳传导，并可以采取最简单最短的路径到达内部石墨，因此，在一定的时间内，可以减少更多的Li⁺，形成LiC₆；而且，多孔结构为Li⁺迁移提供了更多的方式，Li⁺不仅能从边缘插入石墨中，还可以从表面进入石墨内部，这种迁移行为允许更多的Li⁺以更快的速度插入到石墨中，此外，还能够促使电解液深入活性物质，缩短Li⁺的迁移距离。

在一些实施方式中，所述对石墨进行氧化预处理的过程包括：将所述石墨在空气或氧气氛围中煅烧；

优选地，所述氧气的流量为0.1mL/s-10mL/s；

优选地，所述石墨在氧气氛围中煅烧的温度为500℃-750℃，时间为0.5mL/s-2.5h。