锂离子电池用石墨负极材料及其设备制作方法与制作流程

本技术提供了一种锂离子电池用石墨负极材料，该负极材料是以石墨材料为内核，在石墨材料表面包覆有一层由木质素热解碳与石墨烯组成的导电网络膜；该导电网络膜的质量为石墨负极材料质量的0.03~8%。上述负极材料的制备包括以下步骤：（1）将石墨粉、木质素与氧化石墨烯在分散介质中混合均匀；（2）将制得的混合料烘干，然后置于烧结炉中，在惰性气氛或还原混合气氛中，于350～600℃下恒温焙烧3～10小时，再于650～1200℃下恒温焙烧5～20小时，然后冷却至室温。本技术显著地提高了石墨负极材料的导电率，从而提高锂离子电池石墨负极材料的高倍率性能与循环性能，减少其不可逆容量。

权利要求书

1.一种锂离子电池用石墨负极材料，其特征在于，所述石墨负极材料是以石墨材料为内核，在石墨材料表面包覆有一层由木质素热解碳与石墨烯组成的导电网络膜；所述导电网络膜的质量为石墨负极材料质量的0.03~8%。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池用石墨负极材料，其特征在于，所述导电网络膜的质量为石墨负极材料质量的0.05~1.5%。

3.一种如权利要求1或2所述的锂离子电池用石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括以

下步骤：

（1）将石墨粉、木质素与氧化石墨烯在分散介质中混合均匀，其中分散介质、木质素与氧化石墨烯的质量比为100～500∶0.5~5.5∶0.1~5.0；石墨粉、木质素与氧化石墨烯的质量比为90.0～99.4∶0.5~5.0∶0.1~5.0；

（2）将制得的混合料烘干，然后置于烧结炉中，在惰性气氛或还原混合气氛中，以5～30℃/min加热速率升温，于350～600℃下恒温焙烧3～10小时，再以5～30℃/min加热速率升温，于650～1200℃下恒温焙烧5～20小时，然后以3～30℃/min降温速度冷却至室温，得到表面包覆一层木质素热解碳与石墨烯的石墨负极材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中木质素为木质素磺酸铵、木质素磺酸钠、木质素磺酸钙与木质素磺酸镁中的一种或几种。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中氧化石墨烯的层数为1~10层。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中分散介质为水、甲醇、乙醇、苯、甲苯、丙酮、有机酸与有机酯中的一种或几种，在分散介质中混合时同时进行超声处理或球磨处理。

7.根据权利要求3～6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中将石墨粉、木质素与氧化石墨烯在分散介质中混合均匀的具体操作是：先将木质素与氧化石墨烯按配比溶于分散介质中得到分散良好的混合液，再将石墨粉按配比加入到前述混合液中，混合均匀。

8.根据权利要求3～6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中烘干是在100℃～200℃温度下进行。

9.根据权利要求3～6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中将烘干的混合料置于烧结炉前，先在压片机上将前述混合料制成片状、圆状、球形或各种其他几何形

状。

10.根据权利要求3～6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中于350～600℃下恒温焙烧5～8小时，于650～1200℃下恒温焙烧7～12小时。

说明书

一种锂离子电池用石墨负极材料及其制备方法

技术领域

本技术涉及锂离子电池用负极材料及其制备方法，具体涉及一种表面包覆碳化木质素与石墨烯的石墨负极材料及其制备方法。

背景技术

随着电子产品的小型化与可移动化的发展，及电动工具、电动摩托车和电动汽车用动力电池的快速发展，高功率与高容量锂离子电池已成为世界各国竞相开发的热点。作为锂离子电池的四大主材料之一的负极材料，而目前已商品化和使用效果最佳的负极材料为石墨炭材料，主要包括人造石墨和天然石墨两类。

人造石墨有人造石墨粉、中间相炭微球和中间相炭纤维。人造石墨粉由于存在振实密度低、比表面积高的缺点不适合直接作为负极材料，虽然中间相炭微球和中间相炭纤维具有不可逆容量低、循环寿命好的优点，但其高温石墨化费用很高，造成该材料的成本较高，限制了该材料的广泛应用。天然石墨虽原料成本低，有较高的嵌锂能力，但没有经过改性的天然石墨负极材料首次不可逆容量损失很高，高倍率充放电时容量下降较快，在循环过程中由于会发生溶剂共嵌入，造成容量衰减较快等问题，不适合直接作为负极材料。

研究人员对石墨的改性提出了很多方法，目前表面包覆被作为最有效和廉价的手段被广泛应用于石墨炭材料改性研究，尤其是2004年石墨烯(Graphene)的发现，人们将它引入到锂离子电池材料中，利用其独特的二维结构、超大的比表面积与优良的导电性能在电极中形成有效的立体导电网络，从而增强活性材料的导电性，改善其电化学性能。虽然目前通过氧化石墨烯或石墨烯对石墨负极材料进行表面包覆改性,以提高石墨负极材料的高倍率性能、循环性能和可逆容量的专利和文献报道有不少，但对石墨负极材料性能的提高，特别是大电流充放电性能的改善不是很特别显著，以至石墨负极材料在高端锂离子电池的应用受到一定限制。

技术内容

本技术所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法，即在石墨表面上包覆一层木质素热解碳与石墨烯导电网络膜，显著地提高了石墨负极材料的导电率，从而提高锂离子电池石墨负极材料的高倍率性能与循环性能，减少其不可逆容量。

本技术所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种锂离子电池用石墨负极材料，所述石墨负极材料是以石墨材料为内核，在石墨材料表面包覆有一层由木质素热解碳与石墨烯组成的导电网络膜；所述导电网络膜的质量为石墨负极材料质量的0.03~8%。

上述的石墨负极材料中，优选的，所述导电网络膜的质量为石墨负极材料质量的

0.05~1.5%。

作为一个总的技术构思，本技术还提供一种上述的锂离子电池用石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将石墨粉、木质素与氧化石墨烯在分散介质中混合均匀，其中分散介质、木质素与氧化石墨烯的质量比为100～500∶0.5~5.5∶0.1~5.0；石墨粉、木质素与氧化石墨烯的质量比为90.0～99.4∶0.5~5.0∶0.1~5.0；

（2）将制得的混合料烘干，然后置于烧结炉中，在惰性气氛或还原混合气氛中，以5～30℃/min加热速率升温，于350～600℃下恒温焙烧3～10小时，再以5～30℃/min加热速率升温，于650～1200℃下恒温焙烧5～20小时，然后以3～30℃/min降温速率冷却至室温，得到表面包覆一层木质素热解碳与石墨烯的石墨负极材料。