[发明专利]一种复合石墨负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种复合石墨负极材料及其制备方法和应用，所述复合石墨负极材料包括石墨内核和设置于所述石墨内核表面的固态电解质包覆层，所述固态电解质包覆层的厚度为20～120nm，本发明通过原位合成法引入固态电解质包覆层可以有效抑制电解液与石墨间的副反应，防止如电池短路等极端情况引发的热失控风险。相比于氧化铝包覆层，固态电解质包覆层对石墨负极容量的影响更低，能耗更小，成本更低廉，易于大规模推广。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料领域，涉及一种复合石墨负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池由于具有高能量密度，高输出电压，长循环寿命，无记忆效应，自放电率低等重要优势，已经成为当代最重要的储能设备之一，受到了广泛的关注。石墨负极具有成本较低、加工方便、嵌锂电位低、无污染等特点，被广泛用作锂离子电池负极材料。

石墨负极及其形成的SEI膜具有在较低温度下易与电解液反应和易分解的特性。在石墨表面包覆氧化铝是一种比较通用的方法，但是，氧化铝为惰性材料，会给电极电化学性能带来较大的影响。因此，如何在不大幅降低材料电化学性能的前提下，给石墨负极材料包覆上既能改善材料整体的热稳定性，降低电子电导率，以改善锂离子电池的安全性能具有重大的研究意义。

固态电解质是一种可以为锂离子传输提供路径的离子导体，本身为非惰性材料，且具有较好的热稳定性。针对现有技术中石墨类负极材料热稳定性差，锂离子电池中负极极片接触电阻较小，以及采用石墨类负极材料的锂离子电池在短路或硬物穿刺时易发生着火或爆炸等安全性问题。

CN108134060A公开了一种固体电解质界面膜包覆负极材料的复合材料、其制备方法及用途。其通过固相成膜法、液相成膜法或化学成膜法在负极材料表面制备一层致密均匀包覆的SEI膜，这种SEI膜包覆的负极材料有较高结构稳定性和热稳定性，以此材料作负极的锂离子电池表现出优异的循环稳定性能，其所述方法虽然可以有效提高石墨在电池循环过程中的安全性，但是三氧化二铝为惰性材料，对于其负极材料容量有较大的影响。

CN113540416A公开一种固体电解质包覆石墨复合材料及其制备方法和应用、锂离子电池，其在石墨内核与碳层之间设置包含固体电解质的中间层，是因为固体电解质为立方体结构，锂离子的嵌出通道多且结构稳定，其所述方法可以有效提高安全性，减小容量损失，但是方法成本较高，能耗较大，不易推广。

上述方案提供的石墨复合材料存在有安全性差或成本高的问题，因此，开发一种安全性好，成本低且稳定性好的复核石墨负极材料是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合石墨负极材料及其制备方法和应用，本发明通过原位合成法引入固态电解质包覆层可以有效抑制电解液与石墨间的副反应，防止如电池短路等极端情况引发的热失控风险。相比于氧化铝包覆层，固态电解质包覆层对石墨负极容量的影响更低，能耗更小，成本更低廉，易于大规模推广。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种复合石墨负极材料，所述复合石墨负极材料包括石墨内核和设置于所述石墨内核表面的固态电解质包覆层，所述固态电解质包覆层的厚度为20～120nm，例如：20nm、40nm、60nm、80nm、100nm或120nm等。

本发明所述复合石墨负极材料中，固态电解质包覆层的引入可以有效抑制电解液与石墨间的副反应，防止如电池短路等极端情况引发的热失控风险。相比于氧化铝包覆层，固态电解质包覆层对石墨负极容量的影响更低，能耗更小，成本更低廉，易于大规模推广。

优选地，所述复合石墨负极材料的比表面积为1.54～2m²/g，例如：1.54m²/g、1.56m²/g、1.6m²/g、1.8m²/g或2m²/g等。