[发明专利]一种锂离子电池负极材料、电池负极及其应用

说明书

本发明涉及一种锂离子电池负极材料、锂离子电池及其应用，所述锂离子电池负极材料包括由三亚苯单元及环己基单元通过吡嗪环连接形成的含氮二维共轭碳材料，其结构如式I所示。该锂离子电池负极活性材料使得制备得到的锂离子电池具有高比容量、高倍率性能、高循环稳定性、高能量密度和高功率密度。

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料、电池负极及其应用。

背景技术

近年来，消费电子产品、电动交通工具以及电能存贮系统发展迅速。这些设备对储能器件的要求越来越高。目前，锂离子电池是市场上主流的储能器件，但是随着各种电子电动设备对储能装置的性能要求不断提高，锂离子电池性能表现捉襟见肘。当前，如何提高锂离子电池的能量密度以及循环寿命是储能领域亟待解决的问题。最为行之有效的方法是开发新型的锂离子电池正负极材料。目前，应用最为广泛的锂离子电池负极材料是石墨，然而石墨的比容量较低(理论比容量372.07mAh·g^-1)不能满足锂离子电池高能量密度的要求。为了提高锂离子电池的能量密度，硅被用于负极活性材料。硅作为负极活性材料理论比容量高达4209.7mAh·g^-1，但硅负极在电池工作过程中会发生非常严重的膨胀问题，使得电池的循环寿命非常短，因而还不能很好的用于锂离子电池。为了解决硅膨胀的问题，目前多用石墨与硅掺杂来提高电池的稳定性，但是石墨的引入会降低负极材料的比容量。当前市场上，大规模应用的商品化硅负极材料的比容量大都低于600mAh·g^-1。因此，研发新型的负极活性材料是提高锂离子电池能量密度以及循环寿命的有效解决途径之一。

CN106531980A公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法和应用，制备时将硅粉与分散剂进行湿法球磨，得硅浆料；将硅浆料与石墨、导电剂混合均匀后，进行喷雾干燥，得类球状颗粒；将类球状颗粒进行机械融合得前驱体A；将前驱体A与树脂VC混料后进行机械融合，再在包覆釜中进行包覆，得前驱体B；将前驱体B与沥青VC混料后进行机械融合，再在包覆釜中进行包覆，得前驱体C；前驱体C在惰性气氛下烧结、炭化、筛分即得锂离子电池负极材料。

CN107195884A公开了一种锂离子电池负极材料，具体公开了一种偏硅酸锂掺杂石墨烯锂离子电池负极材料，通过以下步骤制得：将硅粉和氧化石墨混合物加入含有氢氧化锂的乙醇水溶液中，采用水热法合成Li₂SiO₃/GE前驱体；Li₂SiO₃/GE前驱体在氩气保护下经烧结得到偏硅酸锂掺杂石墨烯锂离子电池负极材料。

CN105655560A公开了一种硅掺杂石墨烯锂离子电池负极材料的制备方法：一、将石墨烯粉末和硅源粉末以1:10-1000:1的重量比例混合均匀；二、将步骤一得到的混合物放入反应炉中加热至1000℃至1600℃，并保持通入保护气体，达到设定温度后保温1-120min；三、冷却得到硅掺杂石墨烯锂离子电池负极材料。

以上现有技术涉及的锂离子电池负极材料虽能一定程度上提高锂离子电池的能量密度以及循环寿命，但效果有限，因此，开发出一种新型的能显著提高电池负极比容量、能量密度、倍率性能及循环稳定性的锂离子电池负极活性材料，具有非常重要的意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极材料、电池负极及其应用。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种锂离子电池负极材料，所述锂离子电池负极材料包括由三亚苯单元及环己基单元通过吡嗪环连接形成的含氮二维共轭碳材料，其结构如式I所示：

其中虚线表示式I所示的结构在二维平面上无限延伸。