[发明专利]一种聚合物包覆的天然石墨负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种聚合物包覆的天然石墨负极材料及其制备方法和应用，该负极材料包括天然石墨及均匀地包覆在天然石墨表面的聚合物包覆层和锂盐包覆层，天然石墨与聚合物、锂盐的重量比为300：(1.2‑5.0)：(0.8‑4.0)。上述负极材料中通过聚合物在天然石墨表面形成稳定的人造SEI膜，聚合物SEI膜坚固又柔韧，避免了自然生成的无机SEI不稳固的问题，提升了石墨的循环性能，聚合物包覆还能降低天然石墨的比表，进而减少活性位点，提高首效，且在聚合物的基础上，添加了锂盐包覆层，锂盐的加入能有增补消耗的锂离子，能进一步地提高首效，使整体的聚合物包覆的天然石墨负极材料具有高首效、高容量等优点。

技术领域

本发明涉及新能源锂离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种聚合物包覆的天然石墨负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池具有重量相对而言较为轻、存储量大、无记忆效应等优点，因而得到了普遍使用。与传统的可充电池相比，锂离子电池由于其高比容量和高能量密度，已成为便携电子设备、电动汽车(EV)和储能站(ESS)的主要能源。

目前，锂离子电池负极材料主要有过渡金属氧化物、合金和石墨等。石墨可以作为各种插层物的受体，形成二元或者三元插层化合物。石墨具有较强的嵌锂能力，且其成本较低，已成为锂离子电池的标准负极材料。

商业化的石墨主要分为人造石和天然石墨。人造石墨具有较高库伦效率和较好的循环性能，但高温处理是人造石墨比不可少的一个环节，这极大地增加了负极材料的成本。天然石墨具有成本低，导电率高、容量大等优点，成为近一年负极材料的关注点。各负极厂商分分开发天然石墨。但天然石墨的比表面积大，暴露活性位点多，导致首效较低和循环性能差。天然石墨表面形成高效稳定的SEI膜(固体电解质界面膜)是解决这一根本问题的有效路径。目前，尚未有报道人工制造SEI膜包覆的天然石墨负极材料。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明目的之一在于提供一种聚合物包覆的天然石墨负极材料，其具有高首效、高容量等优点。

本发明的目的之二在于提供一种上述聚合物包覆的天然石墨负极材料的制备方法。

本发明的目的之三在于提供一种将上述聚合物包覆的天然石墨负极材料应用于锂离子电池的负极材料中。

本发明目的之一采用如下技术方案实现：

一种聚合物包覆的天然石墨负极材料，包括天然石墨及均匀地包覆在所述天然石墨表面的聚合物包覆层和锂盐包覆层，所述天然石墨与所述聚合物包覆层中的聚合物、锂盐包覆层中的锂盐的重量比为300：(1.2-5.0)：(0.8-4.0)。

由于传统的锂离子电池在充电过程中，电解液分解后自然在石墨表面生成SEI膜，消耗锂离子，导致首效降低，且电解液分解后自然生成的SEI膜主要由Li₂CO₃、LiF和Li₂O等无机成分组成，随着电池循环不断进行，天然石墨发生体积膨胀，导致自然生成的无机SEI膜容易损坏，循环性能降低。

本发明的天然石墨负极材料中通过聚合物在天然石墨表面形成稳定的人造SEI膜，聚合物SEI膜坚固又柔韧，避免了自然生成的无机SEI不稳固的问题，提升了石墨的循环性能，聚合物包覆还能降低天然石墨的比表，进而减少活性位点，提高首效，且在聚合物的基础上，添加了锂盐包覆层，锂盐的加入能有增补消耗的锂离子，能进一步地提高首效，使整体的聚合物包覆的天然石墨负极材料具有高首效、高容量等优点。

优选地，所述天然石墨与聚合物、锂盐的重量比为300：(1.5-4.6)：(1.1-3.4)，在适配的配比中，整体的天然石墨负极材料的高首效、高容量达到最佳。

最优选地，所述天然石墨与聚合物、锂盐的重量比为300：3.051：4.576。