[发明专利]一种酸改性球形天然石墨负极材料制备的方法及其应用

说明书

本发明公开一种酸改性球形天然石墨负极材料制备的方法，锂离子动力电池负极材料领域，是基于现有的石墨负极材料高温性能差的问题提出的。本发明以球形天然石墨为原料，用H₂SO₄对其进行氧化改性后再用前驱体进行包覆改性，经过预固化、炭化、球磨、过筛等过程，探究最佳包覆条件为，制备出高温性能改善的球形天然石墨负极材料；将制得的氧化改性球形天然石墨负极材料作为制备电极浆料的原料，并将电极浆料涂布在铜箔上制得电极片，将电极片组装成扣式电池，测试可知，在前驱体质量为球形天然石墨质量的9％的条件下，制备的改性球形天然石墨负极材料高温性能最好，制备的电池的首次充放电效率达到94％，循环5次后的充放电效率为99.41％。

技术领域

本发明涉及锂离子动力电池负极材料领域，具体涉及一种酸改性球形天然石墨负极材料制备的方法及其应用。

背景技术

石墨是目前主流的商业化锂电负极材料，但由于石墨本身结构特性的制约，石墨负极材料的发展也遇到了瓶颈，比如比容量已经到达极限、不能满足大型动力电池所要求的持续大电流放电能力，高温性能差等。天然石墨不能直接用于锂离子电池负极材料，最主要的原因是在充电过程中，会发生溶剂分子随锂离子共嵌入石墨片层而引起石墨层“剥落”的现象，造成结构的破坏从而导致电极循环性能迅速变坏。因此要制备高温性能好的石墨负极材料，必须对其改性研究。

当前对天然石墨的改性处理的研究很多，有机械研磨、氧化处理、表面包覆、掺杂等。专利CN111960413A公开了一种天然石墨负极材料的改性方法，将天然鳞片石墨在氮气保护下进行高温提纯；将提纯后的石墨粉碎，球化改性，得到球形石墨；将所述的球形石墨浸泡在乙二胺和氨水的混合溶液中搅拌，洗涤，干燥；将干燥后的石墨与沥青混合，球磨混合包覆，然后在惰性气体保护下进行炭化处理，得到改性后的天然石墨负极材料。专利CN108751187A公开了一种酸改性球形天然石墨负极材料的制备方法，将天然石墨分散于酸溶液中，得到分散液a；分离出分散液a中固体，干燥，得到固料b；升温，将固料b炭化，粉碎，得到酸改性球形天然石墨负极材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于解决现有的石墨负极材料高温性能差的问题。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一种酸改性球形天然石墨负极材料制备的方法，包括如下步骤：

(1)将球形天然石墨置于H₂SO₄水溶液中，超声搅拌2-12h，使球形天然石墨完全分散在H₂SO₄水溶液中，将制备的水溶液置于0-120℃下搅拌2-12h，抽滤，取滤饼在60-100℃烘箱中干燥，得到酸改性后的球形天然石墨负极材料；

(2)称取前驱体，前驱体质量为球形天然石墨质量的1-20％，将前驱体搅拌溶解于无水乙醇中，搅拌3-8h，使前驱体完全溶解，抽滤，获得滤液；

(3)将步骤(1)中酸改性后的球形天然石墨负极材料加入步骤(2)中制得的滤液中，搅拌3-12h，放入烘箱中，在60-100℃干燥；

(4)将干燥后的样品放入管式炉中，在氩气气氛下以0.1-10℃/min的升温速率，在600-1600℃下进行炭化1-10h；

(5)将炭化后的样品在球磨机中以300-800r/min球磨1-2h，然后过200-600目筛，得到氧化改性球形天然石墨负极材料。

本发明以球形天然石墨为原料，用H₂SO₄对其进行氧化改性后再用前驱体进行包覆改性，经过预固化、炭化、球磨、过筛等过程，探究最佳包覆条件，制备出高温性能改善的球形天然石墨负极材料。

优选地，所述步骤(1)中H₂SO₄水溶液的摩尔质量为1-5M。