[发明专利]一种改性石墨负极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及电极材料，尤其涉及一种改性石墨负极材料及其制备方法与应用。改性石墨负极材料包括：石墨；以及锂盐材料层，所述锂盐材料层包覆在石墨至少90％的外表面上；其中，锂盐材料层的厚度为10～100nm。改性石墨负极材料有效改善了负极极片与电解液的浸润性，提高了负极极片的保液能力，减少了锂离子的界面反应阻抗，有效改善了石墨材料的嵌锂动力学特性；由于锂离子的界面反应阻抗降低，电芯的低温性能、倍率性能得到相应优化，特别是在电池快速充电与放电方面上有明显地提升，电池表面温度也相对较低；本发明所提供的锂离子二次电池，与现有技术中的锂离子二次电池(以石墨为负极材料)相比，电池首次效率更高，且高出4～6％。

技术领域

本发明涉及电极材料，尤其涉及一种改性石墨负极材料及其制备方法与应用。

背景技术

电动汽车取代燃油汽车已成为趋势，而锂离子二次电池是电动汽车的重要组成部分。电动汽车可分为纯电动汽车、插电混合电动汽车、48V微混电动汽车等。随着纯电动汽车在电动汽车中占比越来越高，消费者对续航里程提出越来越高的要求。

目前，锂离子二次电池中使用最为成熟的负极材料是石墨材料，分为天然石墨、人造石墨、中间相碳微球三类。为了追求更高能量密度的锂离子二次电池，本领域人员对石墨材料进行了各种改性，石墨负极材料压实密度由1.4g/cm³提高至1.7g/cm³，石墨的克容量由300mAh/g提高至355～360mAh/g，已接近石墨的理论克容量372mAh/g。

然而，经过改性的石墨负极材料存在最大的问题是，石墨压实密度提高之后，极片涂层中粉末孔隙率变小，极片吸液时间变长，电池生产制作中，注液工序对设备要求高，注液时间也会变长，即电池制造成本变高；同时，石墨负极材料经上述改性后，也会有一部分电池存在极片微区吸液量较少的情况，电池充电后，这些区域容易出现锂沉积，锂沉积容易刺穿隔膜，引发电池起火爆炸等危险。

另外一个问题是，经过改性的石墨负极材料，首次效率已提高至90～92％，然而正极磷酸铁锂材料首次效率可以达到97～99％，正极锰酸锂材料首次效率也可达到96～98％。进而，石墨负极与磷酸铁锂或锰酸锂搭配制成锂离子二次电池，电池容量取决于负极材料，会造成正极容量损失，从而降低了锂离子二次电池容量和能量密度。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种改性石墨负极材料及其制备方法与应用。

作为本发明的第一目的，提供了一种改性石墨负极材料；该改性石墨负极材料有效改善了负极极片与电解液的浸润性，大幅度提高了负极极片的保液能力。

具体而言，所述改性石墨负极材料包括：

石墨；以及

锂盐材料层，所述锂盐材料层包覆在所述石墨至少90％的外表面上；

其中，所述锂盐材料层的厚度为10～100nm。

本发明意外发现，在石墨表面包覆一层锂盐材料，减小了锂离子的界面反应阻抗，有效改善石墨材料的嵌锂动力学特性。

作为上述技术方案的优选，所述石墨的粒径D50为6～25μm，比表面积为0.8～5.0m²/g；也就是说，当所述石墨的粒径和比表面积在上述范围内时，石墨能够与锂盐材料层有效结合，所得改性石墨负极材料保液能力更强。

进一步地，当所述石墨选自天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、硬碳中的一种或几种时，包覆效果更好。

作为上述技术方案的优选，所述锂盐材料层为碳酸锂；本发明发现，在石墨外表面包覆厚度为10～100nm的碳酸锂，所得材料性能最佳。

进一步地，所述锂盐材料层占所述改性石墨负极材料总质量的0.1～2％。