[发明专利]一种负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种负极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将石墨原料经气体腐蚀和造孔处理得到多孔石墨前驱体；(2)对步骤(1)得到的多孔石墨前驱体与含氮聚合物进行气相沉积包覆碳化处理，得到氮掺杂多孔石墨；(3)将步骤(2)得到的氮掺杂多孔石墨、硅源和液相包覆剂混合，经加热处理得到所述负极材料，本发明对石墨原料进行腐蚀造孔后，利用气相沉积方法进行孔隙修复，再采用化学掺杂并添硅基材料进行包覆造粒，得到所述负极材料。本发明所述材料具有低膨胀、高容量高压实及高倍率性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

燃油车尾气排放引起大气污染，这种污染随着机动车总量增加日益严重。高度关怀环境污染的国家开始大力改善能源使用结构，减少排放并增加绿色能源开发力度。随着新能源汽车的快速发展，作为电动汽车的动力源，锂离子电池技术及市场随之有了极大的发展。

锂离子电池因其高能量密度、自放电能力及充电效率高等优点被广泛应用于汽车行业中，然而较长的充电时间和较低的续航里程，使得电动汽车无法完全满足人们的出行需求，因此人们迫切需要一种快速充电且长续航里程的电池。石墨是锂离子电池主要负极材料之一，近年来，如何快速实现石墨快充性能是研究热点之一。

CN109935793A公开了一种锂离子电池高容量高倍率复合石墨烯负极材料的制备方法，其向石墨表面包覆部分石墨烯材料，从而提升材料倍率性能，但石墨烯制备困难，且目前市场上所谓的“石墨烯”均为多层石墨，一致性较差，无法满足量产条件。

CN111392723A公开了一种多孔石墨的制备方法及其产品和应用，其将石墨原料置于腐蚀气体中进行热处理，得到多孔石墨；腐蚀气体选自二氧化碳、空气或含氧气氛，但经过腐蚀后的石墨颗粒晶体结构被破坏，其材料能量密度具有不可逆影响。

CN109437153A公开了一种介孔碳的强流脉冲电子束制备方法及应用，其采用的强流脉冲电子束对石墨进行造孔，同样是在石墨晶体中形成部分空隙来提升材料倍率性能，但其增大了材料比表面积，其存储寿命较短。

上述方案制得负极材料存在有一致性较差、能量密度差或存储寿命短的问题，因此，开发一种一致性好、能量密度好且存储寿命长的负极材料是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种负极材料及其制备方法和应用，本发明对石墨原料进行腐蚀造孔后，利用气相沉积方法进行孔隙修复，再采用化学掺杂并添硅基材料进行包覆造粒，得到所述负极材料。本发明所述材料具有低膨胀、高容量高压实及高倍率性能。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将石墨原料经气体腐蚀和造孔处理得到多孔石墨前驱体；

(2)对步骤(1)得到的多孔石墨前驱体与含氮聚合物进行气相沉积包覆碳化处理，得到氮掺杂多孔石墨；

(3)将步骤(2)得到的氮掺杂多孔石墨、硅源和液相包覆剂混合，经加热处理得到所述负极材料。

本发明通过对石墨原料进行孔隙造粒，提供锂离子嵌入通道，大幅提高倍率性能，同时采用氮掺杂、气相沉积包覆碳化，较少因孔隙带来的负面反应，再采用氧化亚硅复合包覆，提升材料能量密度，本专利即可满足电池对材料的能量密度要求，也可满足电池的倍率性能，且保证材料压实密度不受影响。

优选地，步骤(1)所述石墨原料包括石油焦、针状焦、沥青焦、鳞片石墨中的任意一种或至少两种的组合。

优选地，所述造孔处理前对石墨原料进行整形处理。

优选地，所述石墨原料的粒径为5～20μm，例如：5μm、8μm、10μm、15μm或20μm等。