本發(fā)明涉及鋰電池，具體涉及一種氯化鋁插層的天然石墨衍生的負極材料及其制備方法、鋰離子電池負極極片以及鋰離子電池。

背景技術(shù)：

1、隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，讓人們逐漸認識到化石燃料日益枯竭及其對環(huán)境帶來的危害，開發(fā)綠色、無污染的可再生能源是解決能源環(huán)境問題的有效途徑。近年來，鋰離子電池由于具有高容量、循環(huán)壽命長等優(yōu)點而在便攜式電子設(shè)備、電動汽車等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

2、鋰離子電池發(fā)展至今，已研究出多種正極材料體系，但石墨類負極材料體系一直沿用至今。石墨類負極材料是鋰離子電池最常用的負極材料，具有高能量密度、低電壓、良好的電導(dǎo)率、資源豐富等優(yōu)點，在未來很長一段時間內(nèi)都將是鋰離子電池負極材料的首要選擇。目前已有研究的有石墨化碳(天然鱗片石墨、石墨化中間相碳微球、人造石墨等)和非石墨化碳(軟碳、硬碳等)。在動力型鋰電池和消費型鋰電池雙重市場背景下，人造石墨和天然石墨負極材料發(fā)展成為了市場的主流，長期占據(jù)90％以上的市場份額。

3、天然石墨負極材料主要以鱗片石墨為原料，但存在以下幾個缺點：(1)鱗片石墨比表面積較小，首次充放電效率低；(2)具有各向異性，不利于li+在其內(nèi)部擴散；(3)片層之間會由于鋰離子的嵌入脫出而產(chǎn)生裂紋，從而增加li+擴散阻力。目前，傳統(tǒng)石墨負極已經(jīng)無法滿足日益增長的高性能要求，為此國內(nèi)外大量學(xué)者一直積極探索改性技術(shù)。

4、cn117199328a公開了一種高硅含量的硅碳負極材料及其制備方法，以天然鱗片石墨為前驅(qū)體，通過在天然石墨片層間距中插入金屬氯化物形成石墨層間化合物，然后通過高溫處理使氯化物分解產(chǎn)生氣體膨脹的方式，制備片層間距可控和片層空間充裕的膨脹石墨；以此為載體，通過硅烷熱解的方式在石墨層間沉積納米硅顆粒，形成復(fù)合材料；最后通過氣相碳源熱解的方式在材料表面包覆致密均勻的碳層，得到可作為鋰離子電池負極材料使用的硅碳復(fù)合材料。該石墨層間空間大，不僅有利于沉積更多的硅顆粒，其硅顆粒含量達70％以上，復(fù)合材料表現(xiàn)出更高的容量；同時，層間多余的空間有利于緩沖硅的體積膨脹，保持材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，表現(xiàn)出更好的循環(huán)性能。但是該硅碳負極材料中還包括納米硅顆粒，并且石墨片層之間缺少了氯化物的支撐，隨著電池循環(huán)的次數(shù)逐漸增多，石墨片層間距會縮小，影響其循環(huán)性能和容量保持率。

5、因此，亟需開發(fā)一種氯化鋁插層的天然石墨衍生的負極材料及其制備方法、鋰離子電池負極極片以及鋰離子電池，在首次可逆比容量、首周庫倫效率、倍率性能、循環(huán)性能、容量和容量保持率等方面均表現(xiàn)優(yōu)異。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的鋰電池負極材料中石墨表面積小且石墨片層間距小，導(dǎo)致鋰電池具有低的首次可逆比容量、首周庫倫效率、倍率性能、循環(huán)性能、容量和容量保持率的問題，提供一種鋰離子電池負極材料及其制備方法、鋰離子電池負極極片以及鋰離子電池。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種鋰離子電池負極材料，其中，所述負極材料包括天然石墨和天然石墨片層間的氯化鋁；

3、其中，所述負極材料的片層間距為1.282-1.298nm。

4、本發(fā)明第二方面提供一種鋰離子電池負極材料的制備方法，其中，所述制備方法包括以下步驟：

5、將天然石墨和氯化鋁混合后，進行熱處理，得到負極材料；

6、其中，所述天然石墨與氯化鋁的質(zhì)量比為1:(5-20)；

7、所述熱處理的條件包括：在保護氣體下，以3-8℃/min的升溫速率從室溫升至160-200℃，時間為5-20h。

8、本發(fā)明第三方面提供一種由上述制備方法制得的負極材料。

9、本發(fā)明第四方面提供一種鋰離子電池負極極片，所述鋰離子電池負極極片包括上述負極材料。

10、本發(fā)明第五方面提供一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括上述鋰離子電池負極極片。

11、通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的技術(shù)方案獲得以下有益的效果：

12、(1)本發(fā)明提供的負極材料包括天然石墨和天然石墨片層間的氯化鋁，將氯化鋁引入天然石墨片層間，能夠擴大負極材料中天然石墨片層間距和負極材料的比表面積，并控制間距在1.282-1.298nm范圍內(nèi)，從而將在負極材料引入部分結(jié)構(gòu)缺陷，讓負極材料具有更高的容量，使得包含該負極材料的鋰離子電池具有改善的首次可逆比容量、首周庫倫效率、倍率性能、循環(huán)性能、容量以及容量保持率。

13、(2)本發(fā)明提供的負極材料的制備方法，通過熱處理，能夠減少負極材料中天然石墨中的晶格應(yīng)力與含氧官能團，從而提高負極材料的穩(wěn)定性和容量。

技術(shù)特征：

1.一種鋰離子電池負極材料，其特征在于，所述負極材料包括天然石墨和天然石墨片層間的氯化鋁；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極材料，其中，基于所述負極材料的總重量，所述負極材料包括：天然石墨95.5-95.8wt％和氯化鋁4.2-4.5wt％；

3.一種鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其中，所述天然石墨與氯化鋁的質(zhì)量比為1:(10-15)；

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其中，所述天然石墨的比表面積為5.4-5.8m2/g。

6.根據(jù)權(quán)利要求3-5中任意一項所述的制備方法，其中，所述熱處理的條件包括：在保護氣體下，以4-6℃/min的升溫速率從室溫升至170-190℃，時間為9-16h；

7.根據(jù)權(quán)利要求3-6中任意一項所述的制備方法，其中，所述混合的條件包括：轉(zhuǎn)速為4000-6000rpm，時間為5-10min。

8.由權(quán)利要求3-7中任意一項所述的制備方法制得的負極材料。

9.一種鋰離子電池負極極片，其特征在于，所述鋰離子電池負極極片包括上述權(quán)利要求1-2和8中任意一項所述的負極材料。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括權(quán)利要求9所述的鋰離子電池負極極片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及鋰電池技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種氯化鋁插層的天然石墨衍生的負極材料及其制備方法、鋰離子電池負極極片以及鋰離子電池。負極材料包括天然石墨和天然石墨片層間的氯化鋁；其中，所述負極材料的片層間距為1.282?1.298nm。將氯化鋁引入天然石墨片層間，能夠擴大負極材料中天然石墨片層間距和負極材料的比表面積，從而將在負極材料引入部分結(jié)構(gòu)缺陷，讓負極材料具有更高的容量，使得包含該負極材料的鋰離子電池具有改善的首次可逆比容量、首周庫倫效率、倍率性能、循環(huán)性能、容量以及容量保持率。本發(fā)明提供的負極材料的制備方法，通過熱處理，能夠減少負極材料中天然石墨中的晶格應(yīng)力與含氧官能團，從而提高負極材料的穩(wěn)定性和容量。

技術(shù)研發(fā)人員：李寧,劉偲,吳鋒,蘇岳鋒,董宇,馬思遠,陳來,黃擎,馮仁超,陳勝,閆文剛,何繼壯
受保護的技術(shù)使用者：北京理工大學(xué)重慶創(chuàng)新中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30