一种改性石墨负极材料及其制备方法及含该改性石墨负极的电池技术

本申请公开了一种改性石墨负极材料，该改性石墨负极材料包括石墨主体材料和氟化碳材料，氟化碳材料的化学式表示为CF

A modified graphite anode material and its preparation method and battery containing the modified graphite anode

【技术实现步骤摘要】
一种改性石墨负极材料及其制备方法及含该改性石墨负极的电池
本专利技术涉及锂离子电池石墨负极
，具体来讲，涉及一种含有氟化碳(CFx)材料保护层的石墨负极及其制备方法。
技术介绍
近年来，锂离子电池被广泛应用于各种便携式电子设备，并逐步应用到电动汽车、大型储能等新兴领域。这些新兴领域对锂离子电池的循环稳定性、循环寿命、高低温性能以及安全性提出了更高的要求。目前使用的锂离子电池负极材料多为石墨负极材料，未改性的石墨负极存在的首次不可逆容量损失高，大倍率充放电容量衰减快、循环中溶剂共嵌入导致容量衰减等问题。
技术实现思路
为提高上述锂离子电池石墨负极循环稳定性、容量保持率，本专利技术提供一种含有氟化碳(CFx)材料保护层的改性石墨作为锂离子电池负极，保护层起到稳定、增强固态电解质界面膜，引导锂离子在石墨负极上均匀嵌入、脱出的作用，使锂离子电池石墨负极的循环稳定性和使用寿命大大提升。针对现有技术中的缺陷，本专利技术的一个方面提供一种改性石墨负极材料，该改性石墨负极材料包括石墨主体材料和氟化碳材料，氟化碳材料的化学式表示为CFx，其中，x为氟元素和碳元素的摩尔比，0＜x＜4，石墨主体材料和氟化碳材料的质量比为1：(0.01～0.5)。在优选的实施方式中，氟化碳材料选自组分(I)、组分(II)、组分(III)中的至少一种：组分(I)：商用氟化碳材料；组分(II)：采用碳材料与功能性添加剂复合，再与石墨主体材料复合，在电池化成过程中形成的氟化碳材料；组分(III)：采用碳材料与石墨主体材料复合，电解液中添加电解液添加剂，在电池化成过程中反应形成的氟化碳材料。在优选的实施方式中，商用氟化碳材料包括氟化石墨烯、氟化碳纳米管、氟化富勒烯、氟化乙炔黑、氟化科琴黑、氟化碳纤维、氟化碳布、氟化碳纸中的至少一种。在优选的实施方式中，碳材料为石墨烯、碳纳米管、富勒烯、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳布、碳纸、软碳、硬碳、碳纤维、葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂、沥青、聚苯烯腈、聚苯胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇或聚丙烯腈中的一种或多种；所述功能性添加剂为氟化锂、氟化铝、氟化钠、氟化镍、氟化铯、氟化钾、氟化硼、氟化银、氟化铟、氟化锌、氟化铵、氟化铜、氟化钙、氟化砷、氟化钛、双(氟磺酰)亚胺锂、氟代碳酸乙烯酯中的至少一种。在优选的实施方式中，功能性添加剂为氟化锂、氟化铝、氟化钠、氟化镍、氟化铯、氟化钾、氟化硼、氟化银、氟化铟、氟化锌、氟化铵、氟化铜、氟化钙、氟化砷、氟化钛、双(氟磺酰)亚胺锂、氟代碳酸乙烯酯中的至少一种。在优选的实施方式中，电解液添加剂为双(氟磺酰)亚胺锂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、氟代碳酸乙烯酯、六氟磷酸锂、氟化双草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、全氟聚醚、四丁基氟化铵中的至少一种。在优选的实施方式中，石墨主体材料包括天然石墨，天然球形石墨，天然鳞片石墨，人造石墨，中间相炭微球中的至少一种。优选地，石墨主体材料是颗粒状材料，粒径大小为1μm-50μm。本专利技术的另一方面提供一种改性石墨负极材料的制备方法，该方法至少包括以下步骤：(a1)将石墨主体材料加入分散有氟化碳材料的溶液中，进行超声处理；(b1)将超声处理后的混合物置于80℃-150℃，水热反应1h-24h；(c1)水热反应后所得固体经洗涤、干燥、焙烧，即得所述改性石墨负极材料；或(a2)将石墨主体材料加入分散有碳材料和功能性添加剂的溶液中，进行超声处理；(b2)将超声处理后的混合物置于80℃-150℃，水热反应1h-24h；(c2)水热反应后所得固体经洗涤、干燥、焙烧，即得所述改性石墨负极材料；或(a3)将石墨主体材料加入分散有碳材料的溶液中，进行超声处理；(b3)将超声处理后的混合物置于80℃-150℃，水热反应1h-24h；(c3)水热反应所得固体经洗涤、干燥、焙烧后，作为电池负极材料，与添加有电解液添加剂的电解液接触，电池化成过程中得到所述改性石墨负极材料。在进一步优选的实施方式中，本专利技术提供一种改性石墨负极材料的制备方法，该方法至少包括以下步骤：(a1)称取一定质量的氟化碳材料，加入到200ml乙醇溶液中配成浓度为0.02g/ml～0.1g/ml的氟化碳材料乙醇溶液，加入90g～170g的石墨粉，进行超声处理；(a2)将超声分散均匀的混合液加入水热反应釜中，控制体系温度80℃-150℃，水热反应1h-24h；(a3)待反应结束后，自然冷却至室温，分别用去离子水和乙醇清洗4次，然后置于干燥箱中干燥5h-24h，温度为50℃-100℃；(a4)将干燥后的粉体放入管式炉中以5℃/min加热至200℃-1600℃，恒温1h-24h；或(b1)称取一定质量功能性添加剂，称取一定质量的碳材料，加入到200ml乙醇溶液中配成浓度为0.02g/ml～0.1g/ml的碳材料乙醇溶液，功能性添加剂的浓度为0.01g/ml～0.03g/ml加入90g～170g的石墨粉，进行超声处理；(b2)将超声分散均匀的混合液加入水热反应釜中，控制体系温度80℃-150℃，水热反应1h-24h；(b3)待反应结束后，自然冷却至室温，分别用去离子水和乙醇清洗4次，然后置于干燥箱中干燥5h-24h，温度为50℃-100℃；(b4)将干燥后的粉体放入管式炉中以5℃/min加热至200℃-1600℃，恒温1h-24h；或(c1)称取一定质量的碳材料，加入到200ml乙醇溶液中配成浓度为0.02g/ml～0.1g/ml的碳材料乙醇溶液，加入90g～170g的石墨粉，进行超声处理；(c2)将超声分散均匀的混合液加入水热反应釜中，控制体系温度80℃-150℃，水热反应1h-24h；(c3)待反应结束后，自然冷却至室温，分别用去离子水和乙醇清洗4次，然后置于干燥箱中干燥5h-24h，温度为50℃-100℃；(c4)将干燥后的粉体放入管式炉中以5℃/min加热至200℃-1600℃，恒温1h-24h；(c5)加入0.5mol/L～2mol/L的电解液添加剂，以进行化成反应。本专利技术的再一方面提供一种锂离子电池，该锂离子电池至少包括电池负极片、电池正极片、隔膜和电解液，电池负极片包括改性石墨负极材料以及根据上述方法制备的改性石墨负极材料中的至少一种。在优选的实施方式中，正极材料包括一种或多种锂离子金属氧化物，进一步优选地，所述锂离子金属氧化物选自LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、LiFePO4、LiNixCoyMnzO2(x+y+z＝1,x*y*z≠0)中的至少一种。在优选的实施方式中，电解液为双(氟磺酰)亚胺锂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、氟代碳酸乙烯酯、六氟磷酸锂、氟化双草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、全氟聚醚、四丁基氟化铵中的至少一种。本专利技术的又一方面提供一种锂离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改性石墨负极材料，其特征在于，所述改性石墨负极材料包括石墨主体材料和氟化碳材料；/n所述氟化碳材料的化学式表示为CF

【技术特征摘要】
1.一种改性石墨负极材料，其特征在于，所述改性石墨负极材料包括石墨主体材料和氟化碳材料；
所述氟化碳材料的化学式表示为CFx，其中，x为氟元素和碳元素的摩尔比，0＜x＜4；
所述石墨主体材料和氟化碳材料的质量比为1：(0.01～0.5)。


2.根据权利要求1所述的改性石墨负极材料，其特征在于，所述氟化碳材料来自组分(I)、组分(II)、组分(III)中的至少一种：
组分(I)：商用氟化碳材料；
组分(II)：采用碳材料与功能性添加剂复合，再与石墨主体材料复合，在电池化成过程中形成的氟化碳材料；
组分(III)：采用碳材料与石墨主体材料复合，电解液中添加电解液添加剂，在电池化成过程中反应形成的氟化碳材料。


3.根据权利要求2所述的改性石墨负极材料，其特征在于，所述商用氟化碳材料包括氟化石墨烯、氟化碳纳米管、氟化富勒烯、氟化乙炔黑、氟化科琴黑、氟化碳纤维、氟化碳布、氟化碳纸中的至少一种。


4.根据权利要求2所述的改性石墨负极材料，其特征在于，所述碳材料为石墨烯、碳纳米管、富勒烯、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳布、碳纸、软碳、硬碳、碳纤维、葡萄糖、蔗糖、酚醛树脂、沥青、聚苯烯腈、聚苯胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇、聚乙二醇或聚丙烯腈中的至少一种；
所述功能性添加剂为氟化锂、氟化铝、氟化钠、氟化镍、氟化铯、氟化钾、氟化硼、氟化银、氟化铟、氟化锌、氟化铵、氟化铜、氟化钙、氟化砷、氟化钛、双(氟磺酰)亚胺锂、氟代碳酸乙烯酯中的至少一种；
所述功能性添加剂为氟化锂、氟化铝、氟化钠、氟化镍、氟化铯、氟化钾、氟化硼、氟化银、氟化铟、氟化锌、氟化铵、氟化铜、氟化钙、氟化砷、氟化钛、双(氟磺酰)亚胺锂、氟代碳酸乙烯酯中的至少一种；
所述电解液添加剂为双(氟磺酰)亚胺锂、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂、氟代碳酸乙烯酯、六氟磷酸锂、氟化双草酸硼酸锂、二氟磷酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂、全氟聚醚、四丁基氟化铵中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的改性石墨负极材料，其特征在于，所述石墨主体材料包括天然石墨、天然球形石墨、天然鳞片石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：任重民，王木钦，刘孟，王德宇，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33