[发明专利]一种碳包覆富锂石墨负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳包覆富锂石墨负极材料及其制备方法。所述碳包覆富锂石墨负极材料为碳层包覆富锂石墨的核壳结构，其中富锂石墨为金属辅助化学刻蚀处理后的多孔石墨。所述碳包覆富锂石墨负极材料的制备方法包括以下步骤：首先采用金属辅助LiOH碱法刻蚀制备富锂石墨；其次将富锂石墨加入溶有碳前驱体的四氢呋喃的溶液中，搅拌，蒸干；将包覆有碳前驱体的富锂石墨在惰性气氛的管式炉中烧结得到核壳结构的碳包覆富锂石墨负极材料。本发明制备的碳包覆富锂石墨负极材料，提高了碳包覆富锂石墨负极材料的首次库伦效率和循环性能；本发明提供的制备方法工艺简单，成本低廉，且易于实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电池技术领域，尤其涉及一种碳包覆富锂石墨负极材料及其制备方法。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着对动力电池能量密度要求的不断提高，传统的石墨负极理论能量密度有限，已经逐渐不满足于需求，因此亟需对传统石墨材料进行改性处理。在对石墨改性的研究中，对石墨进行刻蚀造孔的技术，可以增加石墨材料的比容量，已经引发了越来越多的关注和研究。

现有技术中的富锂石墨材料，在刻蚀中引入锂元素可起到了预锂化的作用。然而，由于碱法刻蚀的过程中，会在石墨的表面产生大量的缺陷，这些缺陷增大了石墨的比表面积，使电池在循环过程中产生更多的SEI，造成了首次库伦效率的下降。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种高首次库伦效率(95％)和高循环性能的碳包覆富锂石墨负极材料及其制备方法。本发明的碳包覆富锂石墨负极材料中，在富锂石墨的表面包覆一层均匀的碳层，减少了石墨表面的缺陷，可提高了电池的首次库伦效率，同时，提高了电池的循环性能。

为实现上述技术目的，本发明提供如下技术方案。

本发明的第一方面，提供一种碳包覆富锂石墨负极材料，所述碳包覆富锂石墨负极材料为碳层包覆富锂石墨的核壳结构，其中富锂石墨为金属辅助化学刻蚀处理后的多孔石墨，富含锂元素。

优选地，碳的前驱体为沥青，碳层厚度为5～20nm。

优选地，锂元素在碳包覆富锂石墨负极材料中的摩尔占比为：1～50％。

优选地，所述富锂石墨的孔径为0.01～2μm，孔深为0.05～5μm。

本发明的第二方面，提供了上述碳包覆富锂石墨负极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤一：采用金属辅助化学刻蚀对石墨进行刻孔，得到富锂石墨；

步骤二：将富锂石墨分散于溶解沥青的四氢呋喃溶液中，机械搅拌，蒸干溶剂，得到富锂石墨/沥青材料；

步骤三：将步骤二所得的富锂石墨/沥青材料进行烧结，得到热解碳包覆的富锂石墨材料。

优选地，所述步骤一中，所述金属辅助化学刻蚀法为Ni辅助LiOH碱法刻蚀，具体步骤为：将镍的盐溶液和石墨粉体(摩尔比C：Ni＝40:1)在惰性气氛下进行600℃煅烧处理，将得到的粉体与LiOH(摩尔比C：Li＝1:1)混合后再次在惰性气氛下800℃煅烧处理。

优选地，所述富锂石墨与沥青的质量比为1.5:1～2.5:1。

优选地，所述步骤二中，所述搅拌时长为1～1.5h，所述蒸干溶剂的温度为90～100℃。

优选地，所述步骤三中，所述烧结的具体工艺过程为：在惰性气氛的管式炉中，以8℃/min的第一升温速率升温到100～300℃，保温1～2h，再以8℃/min第二升温速率升温到900～3000℃，保温1～2h。