[发明专利]一种石墨负极材料及其制备方法及一种锂电池

说明书

本发明公开了一种石墨负极材料及其制备方法及一种锂电池，石墨负极材料的制备方法包括以下步骤：向石墨中加入可溶性的锌盐以及可溶性的钴盐，得到第一反应液；向第一反应液中加入含氮有机化合物，搅拌反应，得到第二反应液；获取第二反应液中的沉淀，并对沉淀进行热处理，得到所述石墨负极材料；含氮有机化合物与锌离子和钴离子可形成双金属的有机金属框架化合物；热处理温度可使锌单质气化。该石墨负极材料由于锌离子同时存在于框架结构中，阻止了钴离子在热处理过程中的团聚，可有效降低钴金属单质的颗粒尺寸，使其在石墨负极材料表面的分布更加均匀，提高钴金属单质的比表面积，具有更多的反应活性位点，有效改善石墨负极材料的电荷传输能力。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，涉及一种石墨负极材料及其制备方法及一种锂电池。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量密度和长循环寿命等显著优点，在日常生产好生活中得到了越来越广泛的应用。有效提高其快充和低温性能是进一步拓宽锂离子电池应用市场的关键。目前研究表明，石墨负极材料对锂离子电池的快充和低温性能有着重要影响，其电荷传递能力是快充嵌锂和低温嵌锂的决速步骤。因此，提高石墨负极材料的电荷传递能力，降低电荷传递阻抗，是优化快充性能和低温性能的关键。

现有采用金属有机框架材料包覆石墨材料，再通过热处理在石墨表面形成金属单质纳米颗粒，如钴纳米颗粒以及多孔结构，钴金属纳米颗粒一方面增强了石墨负极材料的电子导电性，另一方面其表面与N元的配位结构以及表面氧化物等存在形式对Li⁺存在较强的吸附作用，两者结合起来共同提高了Li⁺电荷传递步骤动力学，因此可以一定高程度上提高石墨负极材料的电荷传递能力。但由于热处理过程中钴金属纳米颗粒的团聚，致使钴金属纳米颗粒的尺寸较大，严重影响该石墨负极材料的电荷传递能力。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种石墨负极材料及其制备方法及一种锂电池，从而实现有效提高石墨负极材料的电荷传输性能。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：向石墨中加入可溶性的锌盐以及可溶性的钴盐，得到第一反应液；

S2：向第一反应液中加入含氮有机化合物，搅拌反应，得到锌/钴双金属有机金属框架化合物；

S3：对锌/钴双金属有机金属框架化合物进行热解，使锌单质气化，得到表面含有钴金属单质的石墨负极材料。

优选的，所述含氮有机化合物为2-甲基咪唑。

优选的，所述可溶性的锌盐为硝酸锌、醋酸锌、氯化锌或硫酸锌中的一种或多种。

优选的，所述可溶性的钴盐为硫酸钴、硝酸钴以及氯化钴中的一种或多种。

优选的，所述步骤S1中向石墨中加入可溶性的锌盐以及可溶性的钴盐之前采用阴离子表面活性剂对石墨表面进行预处理；所述阴离子表面活性剂为聚苯乙烯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或多种。

优选的，所述步骤S1中逐滴向石墨中加入可溶性的锌盐以及可溶性的钴盐。

优选的，所述第一反应液中可溶性的锌盐以及可溶性的钴盐的摩尔比(1:3)～(3:1)。

优选的，所述热解温度为920℃～1000℃。

一种石墨负极材料，通过上述的制备方法制得；所述石墨负极材料中表面负载有钴纳米颗粒；所述钴纳米颗粒平均尺寸为10～20nm。

一种锂离子电池，包含上述的石墨负极材料；所述锂离子电池在0℃时的0.1C倍率嵌锂性能为160～250mAh/g。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：