【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及鋰電池，具體為一種石墨基負極材料及其制備方法。
技術介紹
1、在眾多鋰離子電池負極材料中，石墨類材料（天然石墨及人造石墨等）因具有優異的導電性、平穩的充放電平臺、良好的鋰離子嵌脫性能、資源豐富且成本低廉等優點，成為鋰離子電池負極材料的首選，也是商業化應用最成功的負極材料。
2、但石墨類負極材料較低的可逆容量、較高的體積膨脹率等問題，使鋰離子電池的能量密度及循環穩定性等受到嚴重限制。
技術實現思路
1、專利技術目的：針對上述技術問題，本專利技術提出了一種石墨基負極材料及其制備方法。
2、所采用的技術方案如下：
3、一種石墨基負極材料，包括膨脹石墨核體；
4、所述膨脹石墨核體的比表面積≥100m2/g；
5、以及包覆在所述膨脹石墨核體上的熱解碳。
6、進一步地，所述熱解碳為硼、氟共摻雜熱解碳。
7、本專利技術還提供了一種石墨基負極材料的制備方法，具體如下：
8、將天然鱗片石墨氧化處理后再與插層劑混合，攪拌一段時間后濾出固體并洗滌，干燥，再放入馬弗爐中高溫膨化得到膨脹石墨核體，將膨脹石墨核體置于化學氣相沉積設備的腔室中，通入氫氣、碳源氣、摻雜氣體和惰性保護氣體，在1100-1300℃沉積1-3h即可。
9、進一步地，天然鱗片石墨氧化處理方法具體如下：
10、將天然鱗片石墨、硝酸錳和分散劑加入水中制成懸浮液，向懸浮液中通入臭氧納米氣泡，對天然鱗片石墨進行氧化
11、進一步地，所述天然鱗片石墨、硝酸錳和分散劑的重量比為1：0.01-0.1：0.01-0.1。
12、進一步地，所述插層劑包括無機酸與小分子有機酸；
13、所述無機酸為硫酸、鹽酸、高氯酸、硝酸中的任意一種或多種組合；
14、所述小分子有機酸為甲酸、乙酸、乙二酸、丙酸、丙二酸、丁酸、丁二酸中的任意一種或多種組合。
15、進一步地，高溫膨化的溫度為800-900℃，時間為1-10min。
16、進一步地，所述碳源氣為甲烷、乙烯、乙炔中的任意一種或多種組合。
17、進一步地，所述摻雜氣體包括三氯化硼和四氟化碳。
18、進一步地，所述碳源氣、三氯化硼和四氟化碳的流量分別為100-200ml/min、30-50ml/min、5-10ml/min。
19、本專利技術的有益效果：
20、本專利技術提供了一種石墨基負極材料及其制備方法，本專利技術采用臭氧納米氣泡和硝酸錳作為氧化劑，通過液相法將普通的天然鱗片石墨進行氧化改性，氧化改性除去了一些缺陷結構，提高了石墨結構的穩定性，并增加了納米級微孔及通道的數目，提高了比表面積，氧化形成的氧化物層與石墨結構緊密結合，可以防止石墨結構被破壞，這些因素的變化有利于鋰的脫嵌，提高了循環穩定性，而且在氧化劑的作用下，含氧官能團可與天然鱗片石墨中網狀結構的碳形成共價鍵，這導致石墨邊緣被打開，結構層間距增大，有利于插層劑進入石墨層間，擴大石墨的膨脹容積；
21、采用體積小、極性大的小分子有機酸作為插層劑，其較易進入石墨片層間，形成的層間化合物遇高溫迅速分解，產生的巨大推力使得內部孔隙完全打開，得到比表面積大的膨脹石墨，膨脹體積明顯提高，而且小分子有機酸沸點較低，受熱易揮發，產生的作用力進一步將層間推開，膨脹體積提高；
22、隨著膨脹溫度的升高，可膨脹石墨中含有的插層物受熱產生的推動力逐漸增強，對石墨片層的破壞作用越大，本專利技術通過控制高溫膨化的溫度和時間，既要保證膨脹石墨表面孔道的穩定形成和膨脹體積的增加，又要防止推動力增大時，插層物受熱氣化使石墨片層開裂，引起石墨片層的卷曲變形，影響膨脹石墨的結構性能；
23、通過氣相沉積法對膨脹石墨核體進行包覆，在其表面修飾熱解生成的無定形碳殼，構筑出核殼結構，使得修飾后的負極材料既保留著石墨類材料高容量和低電位的優勢，又具有良好的電解液相容性，有效抑制了因溶劑化效應而引起的石墨剝離、粉化及體積膨脹等不利影響，顯著提高了負極材料的電化學性能，表面包覆不僅能有效約束和緩沖石墨材料活性中心的體積膨脹，防止活性顆粒的團聚，而且能阻止電解液向活性中心滲透，維持電極材料界面的穩定；
24、本專利技術在氣相沉積無定形碳殼時，同時進行硼、氟共摻雜，可引起碳材料邊緣平面的皺縮，為離子吸附提供豐富的缺陷和電化學活性位點，有助于電解液的浸潤，增加負極材料的導電性和鋰離子的遷移速率，提高了材料的電化學性能；
25、本專利技術中石墨基負極材料具有較高的可逆比容量，且在鋰離子的脫嵌過程中結構能夠保持穩定，在鋰離子負極材料的應用方面具有一定的前景。
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1.一種石墨基負極材料，其特征在于，包括膨脹石墨核體；
2.一種如權利要求1所述的石墨基負極材料的制備方法，其特征在于，具體如下：
3.如權利要求2所述的石墨基負極材料的制備方法，其特征在于，天然鱗片石墨氧化處理方法具體如下：
4.如權利要求3所述的石墨基負極材料的制備方法，其特征在于，所述天然鱗片石墨、硝酸錳和分散劑的重量比為1：0.01-0.1：0.01-0.1。
5.如權利要求2所述的石墨基負極材料的制備方法，其特征在于，所述插層劑包括無機酸與小分子有機酸；
6.如權利要求2所述的石墨基負極材料的制備方法，其特征在于，高溫膨化的溫度為800-900℃，時間為1-10min。
7.如權利要求2所述的石墨基負極材料的制備方法，其特征在于，所述碳源氣為甲烷、乙烯、乙炔中的任意一種或多種組合。
8.如權利要求2所述的石墨基負極材料的制備方法，其特征在于，所述碳源氣、三氯化硼和四氟化碳的流量分別為100-200ml/min、30-50ml/min、5-10ml/min。
【技術特征摘要】
1.一種石墨基負極材料，其特征在于，包括膨脹石墨核體；
2.一種如權利要求1所述的石墨基負極材料的制備方法，其特征在于，具體如下：
3.如權利要求2所述的石墨基負極材料的制備方法，其特征在于，天然鱗片石墨氧化處理方法具體如下：
4.如權利要求3所述的石墨基負極材料的制備方法，其特征在于，所述天然鱗片石墨、硝酸錳和分散劑的重量比為1：0.01-0.1：0.01-0.1。
5.如權利要求2所述的石墨基負極材料的制備方法，其特征在于，所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：聶宏達，吳彬彬，羅剛，湛中魁，
申請(專利權)人：湖南镕鋰新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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