石墨包覆材料及其制备方法、电池负极技术

本申请涉及材料领域，具体而言，涉及一种石墨包覆材料及其制备方法、电池负极。石墨包覆材料包括：内核，内核包括石墨；包覆于所述内核外的外壳，所述外壳包括钽掺杂锂镧锆氧、无定形碳和导电材料。在石墨的表面包覆层中掺杂钽掺杂锂镧锆氧以及导电材料，可以有效提高锂离子的传输速率及扩散系数，导电材料能够有效提高材料的电子导电率；外壳中的钽掺杂锂镧锆氧、无定形碳和导电材料协同表现出良好的锂离子导电率和电子导电性，有利于提升石墨包覆材料的离子传输速率和导电性，可有效提高石墨负极材料的倍率性能、安全性能和循环性能。安全性能和循环性能。安全性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
石墨包覆材料及其制备方法、电池负极


[0001]本申请涉及材料领域，具体而言，涉及一种石墨包覆材料及其制备方法、电池负极。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池负极材料以人造石墨为主，其存在倍率性能较差及其在应用过程中的安全性能偏差等缺陷；通过人造石墨表面包覆软碳或硬碳可以提高材料的嵌/脱锂离子速率，但是在充放电过程中，锂离子的嵌出需要从石墨的层间进出，该路径较长，锂离子扩散系数偏低，造成其离子传输速率偏慢，限制其材料倍率性能的发挥。

技术实现思路

[0003]本申请实施例的目的在于提供一种石墨包覆材料，其旨在提高石墨负极材料的倍率性能。
[0004]本申请第一方面提供一种石墨包覆材料，所述石墨包覆材料包括：
[0005]内核，所述内核包括石墨；以及
[0006]包覆于所述内核外的外壳，所述外壳包括钽掺杂锂镧锆氧、无定形碳和导电材料。
[0007]在石墨的表面包覆层中掺杂钽掺杂锂镧锆氧以及导电材料，可以有效提高锂离子的传输速率及扩散系数，钽掺杂锂镧锆氧能够有效提高石墨的电子导电率；外壳中的钽掺杂锂镧锆氧、无定形碳和导电材料协同表现出良好的锂离子导电率和电子导电性，有利于提升石墨包覆材料的离子传输速率和导电性，可有效提高石墨负极材料的倍率性能、安全性能和循环性能。
[0008]在本申请第一方面的一些实施例中，钽掺杂锂镧锆氧占所述外壳总质量的1％-10％；
[0009]可选地，所述钽掺杂锂镧锆氧占所述外壳总质量的4％-8％；
[0010]可选地，所述外壳厚度为2nm～200nm。
[0011]外壳厚度为2nm-200nm，如果颗粒尺寸太小，会使成本高；如果颗粒尺寸太大，外壳对石墨的包覆性能不好，容易与石墨内壳剥离。
[0012]在本申请第一方面的一些实施例中，钽掺杂锂镧锆氧与所述石墨的质量比为(0.5～5)：100；
[0013]可选地，所述钽掺杂锂镧锆氧与所述石墨的质量比为(1～3)：100；
[0014]可选地，掺杂锂镧锆氧和所述导电材料的质量比为(1～10)：(0.2～2)。
[0015]本申请第二方面提供一种石墨包覆材料的制备方法，包括：
[0016]将硝酸锂、六水硝酸镧、硝酸氧锆、五氧化二钽、氧化导电材料以及水混合，并在100℃～200℃下进行水热反应1h～12h，干燥固相产物并粉碎得到导电材料/钽掺杂锂镧锆氧前驱体；
[0017]将所述导电材料/钽掺杂锂镧锆氧前驱体、高分子聚合物、石墨以及有机溶剂混合
然后干燥去除所述有机溶剂，对干燥后的产物进行碳化以及粉碎。
[0018]上述制备方法可以得到内核为石墨，石墨的至少部分表面包覆钽掺杂锂镧锆氧、无定形碳和导电材料的石墨包覆材料。该制备方法可以得到均一的包覆层，该包覆层有利于提高石墨包覆材料的锂离子导电率和电子导电性；可有效提高石墨负极材料的倍率性能、安全性能和循环性能。
[0019]在本申请第二方面的一些实施例中，硝酸锂、所述六水硝酸镧、所述硝酸氧锆、所述五氧化二钽、所述导电材料、所述水的质量比为(5～15)：(20～30)：(5～15):(1～3):(0.5～2)：(100～500)。
[0020]在本申请第二方面的一些实施例中，导电材料/钽掺杂锂镧锆氧前驱体、所述高分子聚合物、所述石墨的质量比为(1～10):(5～20):100。
[0021]在本申请第二方面的一些实施例中，高分子聚合物选自聚对苯二甲酸乙二醇酯、酚醛树脂、聚酰亚胺、腐殖酸、聚乙烯中的至少一种；
[0022]可选地，所述有机溶剂选自N-甲基吡咯烷酮，四氯化碳、环己烷，二甲基甲酰胺和四氢呋喃中的至少一种；
[0023]可选地，所述高分子聚合物与所述有机溶剂的质量比为(1～10)：100。
[0024]在本申请第二方面的一些实施例中，对干燥后的产物进行碳化的碳化条件为在保护气氛中、700℃～1100℃下保持1h～12h。
[0025]本申请第三方面提供一种石墨包覆材料，所述石墨包覆材料由上述第三方面提供的石墨包覆材料的制备方法制得。
[0026]本申请第四方面提供一种电池负极，所述电池负极包括集流体和设置于所述集流体的活性材料；
[0027]所述活性材料包括第一方面提供的石墨包覆材料；
[0028]或者，所述活性材料包括第三方面提供的石墨包覆材料。
[0029]本申请提供的电池负极具有上述石墨包覆材料的优点，能够提高电池的倍率性能、安全性能和循环性能。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0031]图1为实施例1中制得的石墨包覆材料的SEM测试图。
具体实施方式
[0032]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0033]下面对本申请实施例的石墨包覆材料及其制备方法、电池负极进行具体说明。
[0034]一种石墨包覆材料，所述石墨包覆材料包括内核和外壳，外壳包覆于所述内核外。内核包括石墨，外壳包括钽掺杂锂镧锆氧、无定形碳和导电材料。
[0035]需要说明的是，在本申请的实施例中，钽掺杂锂镧锆氧、无定形碳和导电材料的相对位置关系不进行限定。
[0036]例如，至少部分所述导电材料分散在至少部分所述钽掺杂锂镧锆氧之间。或者，导电材料均匀的分散在所述钽掺杂锂镧锆氧之间，或者，钽掺杂锂镧锆氧的至少部分和/或所述导电材料的至少部分与所述内核接触。或者，钽掺杂锂镧锆氧、导电材料分散在所述无定形碳中构成所述外壳。
[0037]在本申请中，石墨包覆材料为核壳结构，内核的主要材料为石墨，外壳包覆于内核外表面，外壳包括钽掺杂锂镧锆氧、无定形碳和导电材料。
[0038]在本申请的实施例中，石墨可以为以任意比例混合的天然石墨和人造石墨；或者可以仅仅选用天然石墨，或者仅仅选用人造石墨；本申请不对其进行限定。
[0039]在本实施例中，外壳厚度为2nm～200nm；例如，外壳厚度可以为2nm、10nm、50nm、80nm、100nm、110nm、130nm、nm、150nm、190nm或者200nm等等。外壳厚度太小会导致包覆不均匀，如果厚度过厚会影响锂离子传输速率。
[0040]外壳包括钽掺杂锂镧锆氧、无定形碳和导电材料。
[0041]钽掺杂锂镧锆氧的分子式为Ta-LiLaZrO。在一些实施例中，钽掺杂锂镧锆氧占外壳总质量的1％-10％；例如，钽掺杂锂镧锆氧占外壳总质量的1％、2％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨包覆材料，其特征在于，所述石墨包覆材料包括：内核，所述内核包括石墨；以及包覆于所述内核外的外壳，所述外壳包括钽掺杂锂镧锆氧、无定形碳和导电材料。2.根据权利要求1所述的石墨包覆材料，其特征在于，所述钽掺杂锂镧锆氧占所述外壳的总质量的1％-10％；可选地，所述钽掺杂锂镧锆氧占所述外壳总质量的4％-8％；可选地，所述外壳的厚度为2nm-200nm。3.根据权利要求1或2所述的石墨包覆材料，其特征在于，所述钽掺杂锂镧锆氧与所述石墨的质量比为(0.5～5)：100；可选地，所述钽掺杂锂镧锆氧与所述石墨的质量比为(1～3)：100；可选地，所述钽掺杂锂镧锆氧和所述导电材料的质量比为(1～10)：(0.2～2)。4.一种石墨包覆材料的制备方法，其特征在于，包括：将硝酸锂、六水硝酸镧、硝酸氧锆、五氧化二钽、氧化导电材料以及水混合，并在100℃～200℃下进行水热反应1h～12h，干燥固相产物并粉碎得到导电材料/钽掺杂锂镧锆氧前驱体；将所述导电材料/钽掺杂锂镧锆氧前驱体、高分子聚合物、石墨以及有机溶剂混合然后干燥去除所述有机溶剂，对干燥后的产物进行碳化以及粉碎。5.根据权利要求4所述的石墨包覆材料的制备方法，其特征在于，所述硝酸锂、所述六水硝酸镧、所述硝酸氧锆、所述五氧化二钽、...

【专利技术属性】
技术研发人员：李能，
申请(专利权)人：湖南中科星城石墨有限公司，
类型：发明
国别省市：