一种改性包覆天然石墨负极材料的制备方法

本发明涉及一种改性包覆天然石墨负极材料的制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池市场中最为普遍的负极材料是石墨类负极，因为石墨材料成本低，且具有372mah/g的较高比容量，同时石墨类负极循环电压平台低，稳定性高，使其备受青睐。尽管硅碳负极或锂金属负极材料在产业化方面展现出了一定潜力，但因面临技术尚未成熟且成本高昂等困难，在短期内仍不足以撼动石墨类负极在市场上的主流地位。在消费型锂电池领域，由于不需电池配组、循环要求相对较低，石墨负极材料仍将继续占据主流。

2、天然磷片石墨在锂电池领域具有嵌锂电位低、工作电压稳定、理论比容量高及成本低等诸多优势。然而，其粒度大小分布不均和微观形貌复杂等缺点，对电池的首圈库伦效率、循环性能、倍率性能及电池容量产生了严重影响。因此不能直接作为锂离子电池负极材料使用。为了克服这些缺点，天然磷片石墨必须经过改性处理，才能更好地应用于锂电池中。目前，天然石墨负极材料的生产工艺主要包括球化、纯化、包覆和碳化等步骤。天然鳞片石墨的层状结构能够允许li+可逆地嵌入/脱出，但是因溶剂化效应导致的溶剂分子共嵌入会导致石墨体积发生膨胀，甚至产生石墨剥落的现象，同时表面固体电解质界面(sei)膜覆盖不均匀导致其首圈库伦效率较低，而技术进步和应用领域的扩展对锂离子电池的性能提出了更高的要求，包括其库伦效率、储锂容量、倍率性能以及循环稳定性等诸多方面。天然石墨负极材料必须在大电流下的放电容量得以保障，具备优异的倍率性能和循环稳定性，才能更好地适应市场需求。因此，为了充分发挥天然磷片石墨在锂电池中的优势，仍需进一步对球形石墨进行包覆改性优化。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有天然石墨负极材料首圈库伦效率较低、循环稳定性不足以及大电流循环下的倍率性能较差等问题，提供了一种改性包覆天然石墨负极材料的制备方法。

2、本发明一种改性包覆天然石墨负极材料的制备方法，按以下步骤进行：

3、一、将球形石墨粉末置于圆底三颈烧瓶中，然后抽真空至-0.1mpa，保持1-3h；

4、二、配置沥青溶液，对球形石墨粉末进行真空浸渍，然后搅拌均匀，再蒸发溶剂，然后烘干，得到混合物；其中沥青与球形石墨粉末的质量比为0.1～10:100；

5、三、将步骤二得到的混合物置于坩埚中，然后放入管式炉，在隔绝空气、氮气保护下，升温至250-450℃，进行预碳化处理，再升温至900-1200℃进行碳化处理，即得到改性包覆天然石墨负极材料。

6、本发明以高纯球形石墨(sg)为原料，添加包覆沥青5％，经300℃预碳化和1200℃碳化包覆碳化处理，得到“核-壳”结构的改性天然石墨负极材料(csg)。无定形碳的包覆使材料表面缺陷减少，比表面积降低。与sg负极材料相比，csg-5负极材料首次充放电效率提高了0.53％；在0.1c的电流密度下，循环50次以后其放电比容量为314.29mah/g，循环150次后其放电比容量为280.53mah/g；在电流密度为0.2c、1c、2c、5c时，csg-5负极材料的放电比容量保持率分别提高了11.12％、52.11％、45.76％、22.72％；经过不同的电流密度循环后，再次恢复到0.1c时，csg-5负极材料放电比容量保持率为99.86％。csg-5负极材料表现出优异的循环稳定性和倍率性能。

技术特征：

1.一种改性包覆天然石墨负极材料的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种改性包覆天然石墨负极材料的制备方法，其特征在于步骤一采用循环水真空泵抽真空。

3.根据权利要求1所述的一种改性包覆天然石墨负极材料的制备方法，其特征在于将沥青溶于溶剂四氢呋喃配制为沥青溶液。

4.根据权利要求1所述的一种改性包覆天然石墨负极材料的制备方法，其特征在于步骤二中在蒸发装置中恒温70-90℃进行蒸发，溶剂四氢呋喃全部挥发后，再转移至鼓风干燥箱中烘干。

5.根据权利要求1所述的一种改性包覆天然石墨负极材料的制备方法，其特征在于沥青与球形石墨粉末的质量比为5:100。

6.根据权利要求1所述的一种改性包覆天然石墨负极材料的制备方法，其特征在于步骤三中预碳化的升温速率为2-5℃/min。

7.根据权利要求1所述的一种改性包覆天然石墨负极材料的制备方法，其特征在于预碳化处理时间为1-3h。

8.根据权利要求1所述的一种改性包覆天然石墨负极材料的制备方法，其特征在于碳化处理的升温速率5-10℃/min。

9.根据权利要求1所述的一种改性包覆天然石墨负极材料的制备方法，其特征在于碳化时间为2-8h。

10.根据权利要求1所述的一种改性包覆天然石墨负极材料的制备方法，其特征在于碳化温度为1200℃、碳化时间为2h。

技术总结一种改性包覆天然石墨负极材料的制备方法，本发明涉及一种改性包覆天然石墨负极材料的制备方法。本发明的目的是为了解决现有天然石墨负极材料首圈库伦效率较低、循环稳定性不足以及大电流循环下的倍率性能较差的问题，本发明以球形石墨为原料，包覆沥青，经300℃预碳化和1200℃碳化包覆碳化处理，无定形碳的包覆使材料表面缺陷减少，比表面积降低。与SG负极材料相比，CSG‑5负极材料首次充放电效率提高0.53％；在0.1C的电流密度下，循环50次后其放电比容量为314.29mAh/g，循环150次后放电比容量为280.53mAh/g；表现出优异的循环稳定性和倍率性能。本发明应用于锂电池负极材料的制备领域。技术研发人员：阚侃,吕冠辰,张晓臣,张海军受保护的技术使用者：黑龙江省科学院高技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/10/17