[发明专利]一种锂离子电池改性软碳负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料领域，具体涉及一种新型高容量改性软碳负极材料及其制备方法

背景技术

目前，商品化锂离子电池负极材料主要为石墨类碳材料，如人造石墨、天然石墨和中间相碳微球等。然而，石墨类负极材料因其比容量较低(372mAh/g)、大倍率充放电性能不佳和锂沉积带来的安全性问题使其较难跟上电子设备小型化、车用及电动工具用锂离子电池大功率、高容量等需求的步伐，因而需要研发可替代当前石墨类材料的高能量密度、高安全性能、长循环寿命且可大倍率充放电的新型锂离子电池负极材料。

软碳是指易石墨化的碳，在2500℃以上的高温下能石墨化的无定形碳。软碳的结晶度(即石墨化度)低，晶粒尺寸小，晶面间距(d002)较大，与电解液的相容性好，输出电压较低，从而具有循环性能、倍率性能、安全性能及高低温性优势，因此软碳是制备高安全性锂离子动力电池负极极具潜力的动力负极材料。目前市场上较为成功的动力软碳负极材料，主要存在首效、容量低(220mA/g)的问题，无法进入大规模商品化阶段，国内相关领域仍处于中试阶段，尚未有产业化相关的报道。因此，开发一种高容量、高首次充放电效率、同时具备优异的倍率性能和循环性能软碳类负极材料是所属领域的技术难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种新型高容量锂离子电池改性软碳负极材料，所述改性软碳负极材料由于在软碳材料内部掺杂了高导电性的石墨烯材料同时在表层包覆了一层石墨烯基高导电率碳包覆层，因此该种改性软碳材料具有高容量和高首次充放电效率，同时具备优异的倍率性能和循环性能。

本发明一种锂离子电池改性软碳负极材料，在软碳粉末颗粒内部掺杂石墨烯粉末颗粒，同时，石墨烯粉末颗粒分散负载于所述软碳粉末颗粒表层的纳米包覆材料涂层中形成纳米导电碳层。其中，所述软碳粉末颗粒的粒径为1～30μm。所述纳米包覆材料涂层的厚度为10nm～500nm，含量为0.01～2wt％。

本发明提出的上述锂离子电池改性软碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照石墨烯材料与软碳原料比例为0.1～2wt％，将软碳原料与石墨烯材料在溶剂中混合搅拌均匀，在砂磨机中进行研磨至石墨烯材料与软碳原料的粒度均达到0.3um～4um后于保护气氛中在300～1300℃间，预烧1～24h，自然冷却至室温，得到预烧后的软碳材料；

步骤二：将溶剂、粘结剂及导电剂按照质量比为(1～10)：(0.01～1)：(0.01～1)在高速分散釜中混合1～10h；

步骤三：将步骤一预烧后的软碳材料过筛200-1000目筛后，按照预烧后的软碳材料与溶剂、粘结剂、导电剂的质量比例为1:(1～10)：(0.01～1):(0.01～1)加入到所述高速分散釜中搅拌1～10h后在真空干燥箱中80～150℃下烘干4～12h，得到粉末状产物；

步骤四：将步骤三得到的粉末过1000目筛后放入焙烧炉中，通入保护气体后以4-8℃/min的速率升温至600～1150℃间，保温1～24h，自然冷却至室温，得到改性软碳负极材料。

进一步讲，步骤一中，所述软碳原料为石油焦、石油系针状焦、煤系针状焦、非石墨化中间相碳微球中的任意一种或至少两种的组合。

步骤一和步骤二中，所述溶剂为水、乙醇、乙醚、丙酮、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、异丙醇、乙二醇丁醚、四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯和二甲基甲酰胺中的任意一种或至少两种的组合。

步骤二中，所述粘结剂为溶于水或有机溶剂的具有粘结性能的物质，包括：蔗糖、葡萄糖、甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇、酚醛树脂、聚乙烯基吡咯烷酮、环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯和聚丙烯腈中的任意一种或至少两种的组合。

步骤二中，所述导电碳材料为石墨烯材料与SP、KS6、镀镍碳纳米管中的一种或多种混合物，其中，石墨烯材料所占比例为30～50wt％。

其中，所述保护气氛为氮气、氩气、氖气、氦气中的一种或多种混合。

本发明制备得到的改性软碳材料用于锂离子电池的负极材料。

由于本发明使用的石墨烯掺杂剂导电碳材料包覆的方法大幅度提高了软碳材料的锂离子嵌入脱嵌速度，使得该种改性材料具有高容量和高首次充放电效率，同时具备优异的倍率性能和循环性能。

附图说明

图1是本发明实施例1制备得到的改性软碳材料的SEM图；

图2是图1中的局部放大图；