[发明专利]一种石墨负极材料及其制备方法

权利要求书

1.一种石墨负极材料及其制备方法，其特征在于：

S1：人造石墨的骨料分为煤系、石油系以及煤和石油混合系三大类，其中煤系针状焦、石油系针状焦以及石油焦应用最广；

S2：高端负极采用针状焦作为原材料，中低端负极采用价格便宜的石油焦作为原料，沥青则作为粘结剂起到将不同粒子粘结到一起的作用；

S3：天然石墨加工中较大的步骤是破碎、造粒、石墨化、筛分这四个主要工序，由于天然石墨存在缺陷，所以还必须进行球形化处理、除磁性物质、表面包覆等步骤，也是为了提高天然石墨的物理性能以及电化学性能；

S4：在石墨化过程中，针状焦原料中按针状纹理走向排布的多个石墨化微区(2～5nm)紧密连接，形成20～70nm的石墨化域，从而形成具有较好的各向同性织构；

S5：石墨球形化处理使其粒度可控、粒度分布集中、颗粒圆整、表面光滑、振实密度增大和比表面积减小，从而减少石墨与电解液反应；表面处理是通过化学反应方式改变改善石墨倍率性能及循环稳定性等；掺杂处理因掺杂元素不同表现出的优化效果存在差异，如添加同样具有储锂能力的元素(Si、Sn)对石墨负极材料比容量有所提高；

S6：将石墨进行200℃的热处理，主要是为了将氧化石墨还原排出层间水和其内部的含氧官能团，增加材料的导电性和稳定性，石墨经200℃热还原处理后比表面积增幅较大，比表面积增大主要是由于：插入层间的含氧集团在高温下快速分解产生大量的水蒸气和二氧化碳等气体，这些气体剧烈的排出，使氧化石墨的表面形成大量的孔隙结构；

S7：分别采用不同软化点沥青为包覆剂和不同类型的混料设备制备了改性锂离子电池负极材料，使用高软化点沥青为包覆剂制备的改性碳负极材料形貌规整、包覆均匀，首次放电容量大于360mAh/g，效率大于92％，循环300周后平均容量保持率90％以上，使用高软化点(＞280℃)沥青包覆剂制备的碳锂离子电池负极材料整体性能要好于使用低软化点沥青为包覆剂制备的碳锂离子电池负极材料。

2.根据权利要求1所述的一种石墨负极材料及其制备方法，其特征在于：所述球磨后的石墨表面被剥离，颗粒度减小，比表面积显著增加，天然鳞片石墨比表面积为5.1m2/g，采用400、600和800r/min球磨后的石墨比表面积分别为11.0、44.8和72.4m2/g。

3.根据权利要求1所述的一种石墨负极材料及其制备方法，其特征在于：所述通过把还原氧化石墨烯气凝胶组装锂离子电池，对其电化学性能进行测试，证明了氧化还原法制备的三维多孔疏松的独巨石结构的还原氧化石墨烯气凝胶，其作电池的负极时表现出了优异的电化学性能，在大电流密度1000mA/g时，首周放电比容量可达1650mAh/g，200周循环后比容量保持在370mAh/g,为三维石墨烯材料的后续发展和在其他领域的应用奠定了基础。

4.根据权利要求1所述的一种石墨负极材料及其制备方法，其特征在于：所述硅/石墨/碳复合材料的优化制备条件为:热解温度为1000℃，破碎至平均粒径为8um.将这种条件下制备的硅/石墨/碳复合材料和人造石墨混合成的硅碳-石墨产品具有相对较好的电化学性能。

5.根据权利要求1所述的一种石墨负极材料及其制备方法，其特征在于：所述优化条件下制备的硅碳-石墨产品的首次可逆比容量为429.6mAh/g，在扣式半电池测试中循环100次之后的容量保持率为90.6％，在软包全电池测试中循环300次之后的容量保持率为76.7％，硅碳石墨的倍率性能同样良好，当电流密度为0.5C时，硅碳-石墨的可逆比容量仍有396.8mAh/g。

6.根据权利要求1所述的一种石墨负极材料及其制备方法，其特征在于：所述以Na片为对电极，Celgard2400为隔膜，以10mol/L的NaCIO4/碳酸乙烯酯(EC):碳酸丙烯酯(PC)(体积比)＝1:1溶液为电解液,在氩气手套箱内组装成模拟电池，采用电池程控测试仪对电极材料进行电化学性能测试，电压范围0～2.0V。

7.根据权利要求1所述的一种石墨负极材料及其制备方法，其特征在于：所述采用高温碳化的方法制备出了表面包覆了一层柔性碳的硅纳米颗粒，表面很薄的柔性碳层可以有效地缓解在电池充放电过程中锂离子的脱嵌引起的硅纳米颗粒剧烈的体积变化，而且柔性的碳层可以有效地改善硅纳米颗粒在超纯水中的分散性，对硅纳米颗粒的团聚有所改善。