[发明专利]一种三聚氰胺改性石墨负极材料及其制备方法及应用

说明书

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种三聚氰胺改性石墨负极材料及其制备方法及应用，制备方法为采用水热法将三聚氰胺和石墨进行反应，得到三聚氰胺改性石墨负极材料，所述三聚氰胺和石墨的质量比为1:100～5:100，130‑200℃温度下水热反应8‑12小时，水热反应的反应压力为1‑20MPa；三聚氰胺的用量少，三聚氰胺改性石墨负极材料制备过程简单、易操作、能耗低；制得的三聚氰胺改性石墨负极材料具有优异的电子和离子电导率，较高的库仑效率、可逆容量和倍率性能，在0.3C倍率长循环性能优异，且在150次循环内容量无衰减。

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种三聚氰胺改性石墨负极材料及其制备方法及应用。

背景技术

公开该背景技术部分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。

化石燃料的逐渐枯竭和环境问题均迫切需求加快绿色可再生新能源的开发与应用，因此清洁储能设备的研发备受关注。具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命、轻量化设计以及低成本的锂离子电池成为众多储能装备的首选。

石墨负极材料成本低、脱锂电位低(～0.1V vs.Li/Li⁺)、理论容量较高(372mAh g^-1)、循环稳定性较好、化学可逆性好，因此石墨负极成为锂离子电池商业化发展的关键材料之一，而且在未来较长时间内，石墨将依然是锂离子电池中占主导地位的负极材料。但是，石墨负极低的工作电位、显著的结构各向异性和层间弱的范德华力结合等特性，导致石墨负极在快速充电时极易发生镀锂和溶剂分子共嵌入，引起石墨层剥落并反复形成SEI膜，致使活性锂减少、库伦效率降低、极化加剧、易形成锂枝晶，因此石墨负极在实际应用中存在可逆容量偏低、循环寿命较短、倍率性能较差等问题，难以满足快速发展的电动汽车和储能技术发展需要。

目前国内外研究人员在改善石墨电化学性能方面进行了一系列探索，如调节Li⁺溶剂化、表面包碳、构建人工SEI、对石墨进行修饰以及优化充电协议等，但目前对石墨负极材料的改性主要集中于表面改性，对石墨内部锂离子迁移影响较小，也难以在石墨内引入活性位点，改性效果有限。因此，探索其它可提升石墨电化学性能的方法，对促进石墨负极材料在锂离子电池中的应用意义重大。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明为解决石墨负极材料在电化学性能方面的不足，提出了一种三聚氰胺改性石墨负极材料及其制备方法及应用，制备方法采用三聚氰胺对石墨进行水热法改性处理，提高了石墨负极材料的电化学性能。本发明提出的三聚氰胺改性石墨负极材料及其制备方法所采用的改性剂三聚氰胺价格低廉、环境友好，材料制备方法简单，易实现产业化，而且制备的三聚氰胺改性石墨负极材料表现出较高的首次库仑效率和优异的电化学性能。

三聚氰胺是一种三嗪类含氮杂环有机化合物，分子式C₃N₆H₆，熔点为354℃，微溶于水且溶解度随温度升高而增加，在200℃以下性质稳定，不可燃。

现有技术中使用三聚氰胺对碳负极材料进行改性时，三聚氰胺仅仅是作为碳的前驱体，用于在高温下裂解形成氮掺杂碳，裂解产物已经不再是三聚氰胺，也不再具备三聚氰胺的性质。