【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池，具体为一种石墨基负极材料及其制备方法。
技术介绍
1、在众多锂离子电池负极材料中，石墨类材料（天然石墨及人造石墨等）因具有优异的导电性、平稳的充放电平台、良好的锂离子嵌脱性能、资源丰富且成本低廉等优点，成为锂离子电池负极材料的首选，也是商业化应用最成功的负极材料。
2、但石墨类负极材料较低的可逆容量、较高的体积膨胀率等问题，使锂离子电池的能量密度及循环稳定性等受到严重限制。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对上述技术问题，本专利技术提出了一种石墨基负极材料及其制备方法。
2、所采用的技术方案如下：
3、一种石墨基负极材料，包括膨胀石墨核体；
4、所述膨胀石墨核体的比表面积≥100m2/g；
5、以及包覆在所述膨胀石墨核体上的热解碳。
6、进一步地，所述热解碳为硼、氟共掺杂热解碳。
7、本专利技术还提供了一种石墨基负极材料的制备方法，具体如下：
8、将天然鳞片石墨氧化处理后再与插层剂混合，搅拌一段时间后滤出固体并洗涤，干燥，再放入马弗炉中高温膨化得到膨胀石墨核体，将膨胀石墨核体置于化学气相沉积设备的腔室中，通入氢气、碳源气、掺杂气体和惰性保护气体，在1100-1300℃沉积1-3h即可。
9、进一步地，天然鳞片石墨氧化处理方法具体如下：
10、将天然鳞片石墨、硝酸锰和分散剂加入水中制成悬浮液，向悬浮液中通入臭氧纳米气泡，对天然鳞片石墨进行氧化
11、进一步地，所述天然鳞片石墨、硝酸锰和分散剂的重量比为1：0.01-0.1：0.01-0.1。
12、进一步地，所述插层剂包括无机酸与小分子有机酸；
13、所述无机酸为硫酸、盐酸、高氯酸、硝酸中的任意一种或多种组合；
14、所述小分子有机酸为甲酸、乙酸、乙二酸、丙酸、丙二酸、丁酸、丁二酸中的任意一种或多种组合。
15、进一步地，高温膨化的温度为800-900℃，时间为1-10min。
16、进一步地，所述碳源气为甲烷、乙烯、乙炔中的任意一种或多种组合。
17、进一步地，所述掺杂气体包括三氯化硼和四氟化碳。
18、进一步地，所述碳源气、三氯化硼和四氟化碳的流量分别为100-200ml/min、30-50ml/min、5-10ml/min。
19、本专利技术的有益效果：
20、本专利技术提供了一种石墨基负极材料及其制备方法，本专利技术采用臭氧纳米气泡和硝酸锰作为氧化剂，通过液相法将普通的天然鳞片石墨进行氧化改性，氧化改性除去了一些缺陷结构，提高了石墨结构的稳定性，并增加了纳米级微孔及通道的数目，提高了比表面积，氧化形成的氧化物层与石墨结构紧密结合，可以防止石墨结构被破坏，这些因素的变化有利于锂的脱嵌，提高了循环稳定性，而且在氧化剂的作用下，含氧官能团可与天然鳞片石墨中网状结构的碳形成共价键，这导致石墨边缘被打开，结构层间距增大，有利于插层剂进入石墨层间，扩大石墨的膨胀容积；
21、采用体积小、极性大的小分子有机酸作为插层剂，其较易进入石墨片层间，形成的层间化合物遇高温迅速分解，产生的巨大推力使得内部孔隙完全打开，得到比表面积大的膨胀石墨，膨胀体积明显提高，而且小分子有机酸沸点较低，受热易挥发，产生的作用力进一步将层间推开，膨胀体积提高；
22、随着膨胀温度的升高，可膨胀石墨中含有的插层物受热产生的推动力逐渐增强，对石墨片层的破坏作用越大，本专利技术通过控制高温膨化的温度和时间，既要保证膨胀石墨表面孔道的稳定形成和膨胀体积的增加，又要防止推动力增大时，插层物受热气化使石墨片层开裂，引起石墨片层的卷曲变形，影响膨胀石墨的结构性能；
23、通过气相沉积法对膨胀石墨核体进行包覆，在其表面修饰热解生成的无定形碳壳，构筑出核壳结构，使得修饰后的负极材料既保留着石墨类材料高容量和低电位的优势，又具有良好的电解液相容性，有效抑制了因溶剂化效应而引起的石墨剥离、粉化及体积膨胀等不利影响，显著提高了负极材料的电化学性能，表面包覆不仅能有效约束和缓冲石墨材料活性中心的体积膨胀，防止活性颗粒的团聚，而且能阻止电解液向活性中心渗透，维持电极材料界面的稳定；
24、本专利技术在气相沉积无定形碳壳时，同时进行硼、氟共掺杂，可引起碳材料边缘平面的皱缩，为离子吸附提供丰富的缺陷和电化学活性位点，有助于电解液的浸润，增加负极材料的导电性和锂离子的迁移速率，提高了材料的电化学性能；
25、本专利技术中石墨基负极材料具有较高的可逆比容量，且在锂离子的脱嵌过程中结构能够保持稳定，在锂离子负极材料的应用方面具有一定的前景。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种石墨基负极材料，其特征在于，包括膨胀石墨核体；
2.一种如权利要求1所述的石墨基负极材料的制备方法，其特征在于，具体如下：
3.如权利要求2所述的石墨基负极材料的制备方法，其特征在于，天然鳞片石墨氧化处理方法具体如下：
4.如权利要求3所述的石墨基负极材料的制备方法，其特征在于，所述天然鳞片石墨、硝酸锰和分散剂的重量比为1：0.01-0.1：0.01-0.1。
5.如权利要求2所述的石墨基负极材料的制备方法，其特征在于，所述插层剂包括无机酸与小分子有机酸；
6.如权利要求2所述的石墨基负极材料的制备方法，其特征在于，高温膨化的温度为800-900℃，时间为1-10min。
7.如权利要求2所述的石墨基负极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源气为甲烷、乙烯、乙炔中的任意一种或多种组合。
8.如权利要求2所述的石墨基负极材料的制备方法，其特征在于，所述碳源气、三氯化硼和四氟化碳的流量分别为100-200ml/min、30-50ml/min、5-10ml/min。
【技术特征摘要】
1.一种石墨基负极材料，其特征在于，包括膨胀石墨核体；
2.一种如权利要求1所述的石墨基负极材料的制备方法，其特征在于，具体如下：
3.如权利要求2所述的石墨基负极材料的制备方法，其特征在于，天然鳞片石墨氧化处理方法具体如下：
4.如权利要求3所述的石墨基负极材料的制备方法，其特征在于，所述天然鳞片石墨、硝酸锰和分散剂的重量比为1：0.01-0.1：0.01-0.1。
5.如权利要求2所述的石墨基负极材料的制备方法，其特征在于，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：聂宏达，吴彬彬，罗刚，湛中魁，
申请(专利权)人：湖南镕锂新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。