一种锂离子电池石墨烯/软碳负极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种软碳复合负极材料，包括软碳颗粒和石墨烯；所述石墨烯包覆在所述软碳颗粒表面。本发明专利技术选择了表面覆碳的技术方案，采用了导电性优异的石墨烯与软碳颗粒进行复合，并且实现了石墨烯均匀包覆软碳颗粒，在保持软碳自身高倍率和高循环寿命的前提下，具有能量密度高和首次充放电效率高的优势，在锂离子电池负极领域具有良好的应用前景。同时，本发明专利技术提供的制备工艺温和简单，易操作，污染小，适于工业化大生产。

A graphene / soft carbon anode material for lithium-ion battery and its preparation method, lithium-ion battery

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池石墨烯/软碳负极材料及其制备方法、锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种软碳复合负极材料及其制备方法、锂离子电池，尤其涉及一种锂离子电池用石墨烯/软碳负极材料及其制备方法、锂离子电池。
技术介绍
锂电池具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、重量轻、自放电少、无记忆效应与性能价格比高等优点，已成为高功率电动车辆、人造卫星、航空航天等领域可充式电源的主要选择对象。因此锂电池及其相关材料成为科研人员的研究热点。锂离子电池通常包括正极、负极、隔膜、电解液和壳体，电极材料是锂电池关键材料之一，决定着锂电池的走向。目前常规的研究大多集中在锂电池的正极材料上，如钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸锰锂以及NCM、NCA等三元材料。然而，随着人们对于电子设备中电池容量以及长循环寿命更高的要求，已有锂离子电池的性能还是无法满足应用需求，研究人员又逐渐将研究的方向转移到另一个决定锂离子电池性能的关键因素--负极材料。现有的商品化锂离子电池大多采用石墨类负极材料。碳材料具有优异的循环稳定性、低氧化电位(相对于金属锂)、低成本、优异的导电性等优点。通常锂离子电池的负极材料主要分为几种：石墨系碳(graphite)，包括天然石墨和人工石墨等，石墨为层状结构，由碳网平面沿C轴堆积而成，平面碳层由碳原子呈六角形排列并向二维方向延伸，碳层间以弱的范德华力结合，锂可以嵌在碳层之间；以及非石墨碳材包括硬碳、软碳(如焦碳系)和中间相碳微球等，其中硬碳不易石墨化，是一种与石墨不同的近似非晶结构的碳材料，晶体尺寸较小，通常在几个纳米以下，呈无规则排列，有细微空隙存在，嵌锂容量高，但一般第一周充放电效率低，循环性能差。因而，现有的商品化锂离子电池大多采用石墨类负极材料。但是传统的商业化锂离子电池负极材料石墨由于理论比容量较低(372mAhg-1)，而实际比容量更低(大约330mAh/g)，倍率性能不佳，放电电压较低易造成锂沉积而引起一系列的安全问题。而软碳因其无序程度比较大，层间距d002较大，电解液相容性较好，相比传统的石墨基负极材料首次效率和倍率性能优异。因而，逐渐引起了业内研究人员的关注。但是目前市场上的软碳材料比容量较低，仅在240mAh/g左右，首次效率仅为80％，严重限制了其大规模应用。因此，如何提高替碳材料的比容量、循环寿命等电化学性能，是负极材料的当务之急，也是本领域诸多前沿厂商和一线研究人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种软碳复合负极材料及其制备方法、锂离子电池，特别是锂离子电池用石墨烯/软碳负极材料。本专利技术提供的石墨烯/软碳负极材料具有能量密度高和首次充放电效率高的优势，在锂离子电池负极领域具有良好的应用前景。而且制备方法温和简单，易操作，适于工业化大生产。本专利技术提供了一种软碳复合负极材料，包括软碳颗粒和石墨烯；所述石墨烯包覆在所述软碳颗粒表面。优选的，所述软碳颗粒的粒径为1～25μm；所述石墨烯层的厚度为0.005～0.8μm；所述石墨烯与所述软碳颗粒的质量比为(0.05～8)：100。优选的，所述软碳复合负极材料由软碳原料和氧化石墨烯经复合后得到；所述软碳复合负极材料的粒径为1～30μm。本专利技术提供了一种软碳复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：A)在保护性气体的条件下，将软碳原料进行预热处理，得到软碳中间品；B)将上述步骤得到的软碳中间品、氧化石墨烯和溶剂经过混合后，再研磨，得到半成品；C)在保护性气体的条件下，将上述步骤得到的半成品进行炭化还原处理后，得到软碳复合负极材料。优选的，所述保护性气体包括氮气和/或惰性气体；所述预热处理的温度为300～800℃；所述预热处理的时间为1～6h；所述预热处理后还包括冷却步骤。优选的，所述软碳原料包括石油焦、针状焦、煤沥青和非石墨化中间相碳微球中的一种或多种；所述溶剂包括水、乙醇、丙酮、异丙醇、四氢呋喃、二甲基甲酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、N-甲基吡咯烷酮、苯、甲苯和二甲苯中的一种或多种；所述氧化石墨烯与所述软碳中间产品的质量比为(0.1～8)：100；所述溶剂与所述软碳中间产品的体积比为(1～2)：1。优选的，所述混合为搅拌混合；所述混合的时间为0.2～8h；所述研磨的时间为0.1～6h；所述研磨后的细度为1～30μm。优选的，所述研磨后还包括干燥步骤；所述干燥的温度为70～150℃；所述干燥的时间为0.5～12h。优选的，所述炭化还原处理的温度为500～1400℃；所述炭化还原处理的时间为0.5～12h；所述炭化还原处理后还包括冷却步骤。本专利技术还提供了一种锂离子电池，包括上述技术方案任意一项所述的软碳复合负极材料或上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的软碳复合负极材料。本专利技术提供了一种软碳复合负极材料，包括软碳颗粒和石墨烯；所述石墨烯包覆在所述软碳颗粒表面。与现有技术相比，本专利技术针对现有的软碳负极材料存在比容量较低和首次效率差等问题，对实际应用造成很大障碍的现状。又针对现有的类似结构的复合材料，存在包覆效果不理想，片层不完整的问题。本专利技术选择了表面覆碳的技术方案，采用了导电性优异的石墨烯与软碳颗粒进行复合，并且实现了石墨烯均匀包覆软碳颗粒，具有完整的石墨烯包覆层，在保持软碳自身高倍率和高循环寿命的前提下，具有能量密度高和首次充放电效率高的优势，在锂离子电池负极领域具有良好的应用前景。同时，本专利技术提供的制备工艺温和简单，易操作，污染小，适于工业化大生产。实验结果表明，本专利技术提供的石墨烯复合软碳负极材料实现了石墨烯均匀包覆在软碳颗粒表面，在保持了软碳自身高倍率和高循环寿命的前提下，具有能量密度高和首次充放电效率高的优势。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的软碳复合负极材料的SEM电镜图照片；图2为本专利技术实施例2制备的软碳复合负极材料的SEM电镜图照片；图3为本专利技术实施例2制备的软碳复合负极材料的X射线衍射图谱；图4为本专利技术实施例2所制备石墨烯复合软碳负极材料制备的2025型纽扣电池的充放电曲线；图5是本专利技术实施例2所制备石墨烯复合软碳负极材料制备的2025型纽扣电池循环稳定性能图。具体实施方式为了进一步了解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点而不是对本专利技术专利要求的限制。本专利技术所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。本专利技术所有原料，对其纯度没有特别限制，本专利技术优选采用分析纯或锂离子电池领域常规的纯度要求。本专利技术提供了一种软碳复合负极材料，其特征在于，包括软碳颗粒和石墨烯；所述石墨烯包覆在所述软碳颗粒表面。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软碳复合负极材料，其特征在于，包括软碳颗粒和石墨烯；/n所述石墨烯包覆在所述软碳颗粒表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种软碳复合负极材料，其特征在于，包括软碳颗粒和石墨烯；
所述石墨烯包覆在所述软碳颗粒表面。


2.根据权利要求1所述的软碳复合负极材料，其特征在于，所述软碳颗粒的粒径为1～25μm；
所述石墨烯层的厚度为0.005～0.8μm；
所述石墨烯与所述软碳颗粒的质量比为(0.05～8)：100。


3.根据权利要求1所述的软碳复合负极材料，其特征在于，所述软碳复合负极材料由软碳原料和氧化石墨烯经复合后得到；
所述软碳复合负极材料的粒径为1～30μm。


4.一种软碳复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A)在保护性气体的条件下，将软碳原料进行预热处理，得到软碳中间品；
B)将上述步骤得到的软碳中间品、氧化石墨烯和溶剂经过混合后，再研磨，得到半成品；
C)在保护性气体的条件下，将上述步骤得到的半成品进行炭化还原处理后，得到软碳复合负极材料。


5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述保护性气体包括氮气和/或惰性气体；
所述预热处理的温度为300～800℃；
所述预热处理的时间为1～6h；
所述预热处理后还包括冷却步骤。


6.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：周景艳，赵永彬，鞠署元，马立军，
申请(专利权)人：山东欧铂新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37