[发明专利]改性天然石墨材料及其制备方法、负极极片和锂离子电池

说明书

本申请提供一种改性天然石墨材料及其制备方法、负极极片和锂离子电池，涉及电池负极材料技术领域。该改性天然石墨材料，包括天然石墨基体；非石墨化碳，所述天然石墨基体内部的至少部分孔隙被所述非石墨化碳填充；所述改性天然石墨材料的孔体积为0.004cm³/g～0.009cm³/g。本申请能缓解现有的天然石墨负极材料膨胀率高和循环性能差的问题。

技术领域

本申请涉及电池负极材料技术领域，尤其涉及一种改性天然石墨材料及其制备方法、负极极片和锂离子电池。

背景技术

目前，为了降低对石油的依赖，提升国家能源安全，发展纯电动汽车已经成为了中国国家战略。然而现有的纯电动汽车由于成本高居不下，仍旧没有实现真正的市场化。其中，动力电池是电动汽车的重要组成部分，动力电池一般占据整车成本的1/3及以上，因此，如何降低动力电池的成本成为了行业关注的重点。

负极材料是动力电池的重要组成部分，决定着电池的性能和成本。现阶段，负极材料的主要材料依然是石墨材料，依据材料制备工艺或来源不不同石墨又可以分为人造石墨和天然石墨。其中，人造石墨一般经过约3000℃的热处理过程而获得，该过程成本居高不下，因此导致人造石墨价格较高。天然石墨来源于自然，原料已经具备非常高的石墨化度，其没有石墨化过程，成本相对低廉。但是由于天然石墨颗粒是经鳞片石墨粉碎获得，相对于人造石墨，天然石墨颗粒内部具备非常多的孔隙结构，作为负极材料时电解液会渗入到材料颗粒内部，锂离子嵌入过程中会产生较多副反应，导致电池的循环性能差、安全性能差等缺点。因此，如何改善天然石墨的应用性能成为了重要研究课题。

虽然现有技术中开发了一些对天然石墨进行改性的方法，例如采用固相包覆的方法等。然而，现阶段所采用的包覆改性方式并不能有效改善天然石墨颗粒内部孔隙，使得副反应在循环过程中反复出现，导致天然石墨负极材料膨胀率高和循环性能差。因此，需要开发新的天然石墨的改性方法及新的改性天然石墨材料，进而提高天然石墨的循环性能并降低天然石墨电极的膨胀率。

发明内容

本申请的目的在于提供一种改性天然石墨材料及其制备方法、负极极片和锂离子电池，该改性天然石墨材料具备与人造石墨类似的颗粒切面结构，该结构使得该包含该改性天然石墨材料的新型负极材料具备更低膨胀率和更加突出的循环性能，能够缓解现有的天然石墨负极材料膨胀率高和循环性能差的问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案为：

根据本申请的第一方面，提供一种改性天然石墨材料，其包括：

天然石墨基体；

非石墨化碳，所述天然石墨基体内部的至少部分孔隙被所述非石墨化碳填充；

所述改性天然石墨材料的孔体积为0.004cm³/g～0.009cm³/g。

在本方案中的改性天然石墨材料，非石墨化碳进入天然石墨基体内部，即天然石墨基体的内部的至少部分孔隙被非石墨化碳填充，极大的降低了改性天然石墨材料的孔体积，能得到与人造石墨类似的颗粒切面结构的改性天然石墨材料。从而能够缓解现阶段采用的包覆改性方式未能有效改善天然石墨孔隙内表面，使得副反应在循环过程中反复出现，导致天然石墨负极材料膨胀率高和循环性能差的问题。

在一种可行的实施方式中，所述改性天然石墨材料具有如下特征a)～c)中的至少一个：

a)所述天然石墨基体的至少部分外表面上设有所述非石墨化碳；

b)所述非石墨化碳由含碳有机物经炭化处理转化而来；

c)所述含碳有机物的软化点温度为20℃～300℃；和/或，所述含碳有机物包括石油沥青、煤沥青、中间相沥青、酚醛树脂、环氧树脂、煤焦油和重质油中的至少一种。