[发明专利]一种负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种负极材料及其制备方法。

背景技术

近年来受能源危机的影响，电动汽车越来越受到人们的关注。电动汽车用电池，与现有的小型携带设备对于电池的要求有很大的不同，其中最为重要的是：电动汽车用电池必须具有大的能量密度和高的输出功率，即要求正负极材料的比容量要高，以及支持在短时间内大电流充放电。

为了满足电动汽车性能的要求，电池的正极材料较为理想的材料为磷酸铁锂材料，磷酸铁锂材料具有较高的比容量以及优异的大电流充放电等优点。

但是在负极材料中，目前还没有高比容量以及较好支持大电流充放电的负极材料。现有锂离子电池的负极材料一般为天然石墨。天然石墨具有明显的放电平台，且放电平台对锂电压很低，电池输出电压高。但是其并不支持大电流放电，并且易于与电解液发生反应，循环性能较差。这是因为石墨材料由于其完整的层状结构，在插层过程中导致锂离子与电解质共插到石墨片层，有机溶剂插入到石墨片层之间被还原，生成气体膨胀导致石墨片层剥落粉化，导致循环性能差；通常在天然石墨表面进行氧化，掺杂，包覆处理，用于提高天然石墨的循环性能。但这对材料的大电流充放电性能并没有改善。

人们开始针对硬碳材料进行研究，硬碳由于其较大的层间距和其特殊性质，为大电流充放电提供了条件，然而其不可逆容量居高不下、电极电位过高等缺陷到现在依然没能得到彻底的解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，现有技术中负极材料的首次不可逆容量高，大电流充放电性能较差，从而提供一种首次不可逆容量低，大电流充放电性能优异的负极材料。

一种负极材料，其包括碳材料复合颗粒，所述碳材料复合颗粒包括基体、以及镶嵌在基体中的天然鳞片石墨；

所述基体为硬碳，所述硬碳的层间距d₀₀₂为0.337～0.385nm，孔隙率为20％～40％，平均孔径为450～650nm；

所述天然鳞片石墨的平均粒径为200～500nm。

本发明的第二目的是提供另一种上述负极材料的制备方法。

一种负极材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将硬碳前驱体和发孔剂混合并加热熔融，再加入天然鳞片石墨混合后造粒，然后球磨粉碎；

(2)将步骤(1)的产物，加入到萃取剂中萃取，后分离出固体；

(3)将步骤(2)分离出的固体，依次进行氧化处理、预碳化处理、碳化处理。

本发明的负极材料可以满足电池在短时间内大电流充放电要求，同时具有不可逆容量低。本发明的制备方法简单易行，可以适用于大规模工业生产。

附图说明

图1是本发明一实施例的SEM图。

图2是本发明一实施例的XRD图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种负极材料，其包括碳材料复合颗粒，所述碳材料复合颗粒包括基体、以及镶嵌在基体中的天然鳞片石墨；

所述基体为硬碳，所述硬碳的层间距d₀₀₂为0.337～0.385nm，孔隙率为20％～40％，平均孔径为450～650nm；

所述天然鳞片石墨的平均粒径为500～1000nm。

本发明中，在硬碳基体的内部以及表面都镶嵌有天然鳞片石墨，天然鳞片石墨均匀分散于硬碳基体中。

其中，本发明优选碳材料复合颗粒的平均粒径为10～20μm，更优选为12～15μm。

本发明的碳材料复合颗粒，其比表面积优选为0.5～20m²/g，更优选为5～10m²/g。

在本发明的碳材料复合颗粒中，硬碳与纳米碳黑粒子的质量比优选为10∶3～10∶8，更优选为10∶4～10∶6。

本发明的负极材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将硬碳前驱体和发孔剂混合并加热熔融，再加入天然鳞片石墨混合，后冷却粉碎；

(2)将步骤(1)的产物，加入到萃取剂中萃取，后分离出固体；

(3)将步骤(2)分离出的固体，依次进行氧化处理、预碳化处理、碳化处理。

其中，硬碳前驱体为本领域技术人员所公知的，常用的硬碳前驱体为石油沥青、焦油、煤沥青。本发明优选石油沥青或煤沥青。