[发明专利]一种锂离子二次电池负极活性材料及制备方法、锂离子二次电池负极极片和锂离子二次电池

权利要求书

1.一种锂离子二次电池负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料包括碳素材料内核以及形成在所述碳素材料内核表面的包覆层，所述包覆层为双层结构，所述包覆层包括无定形碳层和掺杂层，所述掺杂层包含碳元素和所述掺杂元素，所述掺杂元素包括氮元素，其中所述无定形碳层形成于所述碳素材料内核表面而所述掺杂层为最外层或者所述掺杂层形成于所述碳素材料内核表面且所述无定形碳层为最外层。

2.如权利要求1所述的锂离子二次电池负极活性材料，其特征在于，所述掺杂层的质量占整个负极活性材料的0.1～30％，所述掺杂元素的质量占所述掺杂层质量的0.1～30％。

3.如权利要求1或2所述的锂离子二次电池负极活性材料，其特征在于，所述包覆层的质量占整个负极活性材料的0.1～30％，所述掺杂元素的质量占所述包覆层质量的0.1～20％。

4.如权利要求1或2所述的锂离子二次电池负极活性材料，其特征在于，所述无定形碳的质量占整个负极活性材料的0.1～30％。

5.如权利要求1或2所述的锂离子二次电池负极活性材料，其特征在于，所述掺杂元素还包括P、B、S、O、F、Cl、H元素中的一种或多种。

6.如权利要求1或2所述的锂离子二次电池负极活性材料，其特征在于，所述碳素材料内核的材料包括天然石墨、人造石墨、膨胀石墨、氧化石墨、硬碳、软碳、石墨烯、碳纳米管和碳纤维中的至少一种。

7.一种锂离子二次电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将碳素材料与无定形碳原料混合，在400～1200℃下进行包覆及炭化处理，得到无定形碳包覆的碳素负极材料；

(2)将上述所得碳素负极材料放入反应釜内，超声分散于第一混合溶液中，并加入氧化剂获得悬浊液；向所述悬浊液中加入吡咯单体得到第二混合溶液；将所述第二混合溶液于0-5℃下进行保温反应1-24h，获得黑色沉淀物，将所述黑色沉淀物洗涤至中性并进行干燥；所述第一混合溶液由表面活性剂溶解在酸溶液中制得；

(3)将干燥后的黑色沉淀物放置在反应釜内，通入含掺杂元素的氢化物与惰性载气的混合气体，在500-1200℃的温度下保温1-12小时，即制得锂离子二次电池负极活性材料，所述锂离子二次电池负极活性材料包括碳素材料内核以及形成在所述碳素材料内核表面的包覆层，所述包覆层的材料包括无定形碳和掺杂元素，所述掺杂元素包括氮元素，所述包覆层为双层结构，所述包覆层包括依次形成于所述碳素材料内核表面的无定形碳层和掺杂层，所述掺杂层包含碳元素和所述掺杂元素。

8.一种锂离子二次电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将碳素材料放入反应釜内，超声分散于第一混合溶液中，并加入氧化剂获得悬浊液；向所述悬浊液中加入吡咯单体得到第二混合溶液；将所述第二混合溶液于0-5℃下进行保温反应1-24h，获得黑色沉淀物，将所述黑色沉淀物洗涤至中性并进行干燥；所述第一混合溶液由表面活性剂溶解在酸溶液中制得，所述表面活性剂与所述酸溶液的摩尔比为1:2～1:10，所添加的氧化剂与所述吡咯单体摩尔比为1:0.5～1:5；

(2)将干燥后的黑色沉淀物放置在反应釜内，通入含掺杂元素的氢化物与惰性载气的混合气体，在500-1200℃的温度下保温1-12小时，得到掺杂层包覆的负极材料；

(3)将上述所得掺杂层包覆的负极材料与无定形碳原料混合，在400～1200℃下进行包覆及炭化处理，即制得锂离子二次电池负极活性材料，所述锂离子二次电池负极活性材料包括碳素材料内核以及形成在所述碳素材料内核表面的包覆层，所述包覆层的材料包括无定形碳和掺杂元素，所述掺杂元素包括氮元素，所述包覆层为双层结构，所述包覆层包括依次形成于所述碳素材料内核表面的掺杂层和无定形碳层，所述掺杂层包含碳元素和所述掺杂元素。

9.一种锂离子二次电池负极极片，其特征在于，所述锂离子二次电池负极极片包括集流体和涂覆在所述集流体上的权1-6任一项所述的锂离子二次电池负极活性材料。

10.一种锂离子二次电池，其特征在于，所述锂离子二次电池由锂离子二次电池负极极片、正极极片、隔膜、非水电解液和外壳组成，所述锂离子二次电池负极极片包括集流体和涂覆在所述集流体上的权1-6任一项所述的锂离子二次电池负极活性材料。