[发明专利]一种石墨复合负极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

本发明涉及一种石墨复合负极材料及其制备方法、锂离子电池，属于锂离子电池材料领域。本发明的石墨复合负极材料的制备方法包括如下步骤：(1)将含钛、锡的溶液、石墨和氮源在120～200℃温度下反应6～24h，然后固液分离，干燥得掺杂钛/锡石墨复合材料；所述氮源为苯胺、噻吩、吡咯、尿素中的一种；(2)在碳源气体和氨气混合气氛下，将掺杂钛/锡石墨复合材料在400～500℃温度下保温1～3h，然后在800～900℃温度下保温1～3h，然后冷却得石墨复合负极材料。本发明制备的石墨复合负极材料用于锂离子电池时，可使锂离子电池具有较好的快充性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及一种石墨复合负极材料及其制备方法、锂离子电池，属于锂离子电池材料领域。

背景技术

近几年人们对纯电动汽车和混合动力汽车的需求日益见长，对动力电池的要求也随之提高。然而当前锂离子电池较长的充电时间和较低的能量密度使其无法完全满足新能源汽车的需要。因此人们迫切希望进一步提高锂离子电池的功率特性和能量密度。石墨是锂离子电池最常用的负极材料，具有高能量密度、低电压、良好的电导率、资源丰富和价格低廉等优点。但是石墨的层状结构使得锂离子的扩散速率较低，倍率性能较差。并且在快速充电时锂离子易在石墨表面沉积形成锂枝晶，导致严重的安全隐患。目前，对石墨进行改性是常用的改善石墨材料性能的方法。

申请公布号为CN104282896A的中国专利申请中公开了一种掺氮包覆石墨负极材料及其制备方法。该方法将离子液体均匀包覆在石墨的外表面，形成核壳式结构，然后进行碳化得到掺氮包覆石墨负极材料。申请公布号为CN104966821A的中国专利申请中公开了一种锡镍掺杂石墨负极材料的制备方法。上述改性方法均未对石墨的晶格结构产生影响，使得石墨材料的快充性能提高幅度有限。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种石墨复合负极材料的制备方法，该方法能够提高石墨材料的快充性能。

本发明的第二个目的在于提供一种使用上述石墨复合负极材料的制备方法制备的石墨复合负极材料。

本发明的第三个目的在于提供一种锂离子电池，该锂离子电池负极包括上述石墨复合负极材料。该锂离子电池具有较快的充电速度，较好的循环性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种石墨复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将含钛、锡的溶液、石墨和氮源在120～200℃温度下反应6～24h，然后固液分离，干燥得掺杂钛/锡石墨复合材料；所述氮源为苯胺、噻吩、吡咯、尿素中的一种；

(2)在碳源气体和氨气混合气氛下，将掺杂钛/锡石墨复合材料在400～500℃温度下保温1～3h，然后在800～900℃温度下保温1～3h，然后冷却得石墨复合负极材料。

步骤(1)所述含钛、锡的溶液为含钛浊液与含锡溶液的混合溶液，其pH值为8～10。

所述含钛浊液由钛酸四丁酯溶于乙二醇溶液得到。其中乙二醇溶液中乙二醇的质量浓度为1～20％，钛酸四丁酯与乙二醇溶液的量之比为1～2g：50～100mL。

所述含锡溶液由二氧化锡添加到盐酸和乙二胺四乙酸溶液的混合酸中得到。二氧化锡、盐酸与乙二胺四乙酸溶液的量之比为2～4g：50～100mL：150～300mL。其中盐酸浓度为36％，乙二胺四乙酸溶液的浓度为0.1～0.5g/L。

步骤(1)中所述氮源、石墨的质量比为5～10：100。

步骤(1)中所用石墨为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球中的一种，其粒径D50≤5μm。

步骤(2)中碳源气体为甲烷、乙烷、乙炔、乙烯中的一种。

步骤(2)中碳源气体和氨气的体积比为5～10：1。