[发明专利]一种锂离子电池用的高容量快充负极材料及锂离子电池

说明书

本发明提供了一种锂离子电池用的高容量快充负极材料及锂离子电池，通过在石墨负极材料中引入硅酸盐、铁元素、硼元素，可以较好的提升电池能量密度和充电倍率。发明人研究发现，在负极材料的制备过程中硅酸盐、铁元素的引入在石墨化过程中起到催化的作用，其可以提升石墨的有序度和石墨的容量，硼元素的引入可以增加石墨晶格的灵活性，使晶格扭曲并进一步提升石墨的容量，同时硼原子缺一个电子进入石墨晶格中可以改变石墨内部的电子状态，有利于锂离子的嵌入，进而提升了石墨的充电性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料领域，具体涉及一种锂离子电池用的高容量快充负极材料及锂离子电池。

背景技术

锂离子电池负极材料主要有石墨负极、硅合金负极、锡负极等，其中硅合金负极和锡负极均具有很高的容量，但由于其嵌锂过程中发生巨大的体积膨胀并且容量迅速衰减导致无法大批量使用；硅合金负极由于具有很好的动力学性能非常适合快充体系的锂离子电池应用但其嵌锂电压平台高，但其压实密度非常低，无法满足高能量密度的需求导致其使用受到限制；石墨负极材料分为人造石墨和天然石墨两种，天然石墨相比于人造石墨虽然有成本优势和更高的容量，但由于其循环寿命较差无法满足性能的需求；人造石墨目前作为锂离子电池负极被广泛的应用，但受制于石墨化工艺的影响无法达到理论的372mAh/g的容量，并且随着容量的提升其充电性能逐渐下降。这已无法满足锂离子电池提升能量密度和充电倍率的需求。因此开发一款更高容量的负极并提升其充电倍率性能非常重要。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种锂离子电池用的高容量快充负极材料及锂离子电池，通过在石墨负极材料中引入硅酸盐、铁元素、硼元素，可以较好的提升电池能量密度和充电倍率。发明人研究发现，在负极材料的制备过程中硅酸盐、铁元素的引入可以提升石墨的有序度和石墨的容量，硼元素的引入可以增加石墨晶格的灵活性，使晶格扭曲并进一步提升石墨的容量，同时硼元素的引入可以改变石墨内部的电子状态，有利于锂离子的嵌入，进而提升了石墨的充电性能。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种负极材料，所述负极材料是通过如下方法制备得到：

将碳源、硼源、任选地铁源、硅酸盐混合，先经高温加热处理，再进行高温石墨化处理，制备得到所述负极材料。

根据本发明，所述硅酸盐选自绢云母、蒙脱土、高岭土。优选为绢云母。

根据本发明，所述硅酸盐的粒径为10μm-50μm，此粒径范围的硅酸盐具有较好的催化反应活性。

根据本发明，所述碳源选自针状焦、石油焦、沥青中的至少一种。所述碳源例如可以是颗粒状的、块状、片层，如针状焦、石油焦；也可以是液体状态的，如沥青。

示例性地，所述碳源为针状焦和沥青，或者所述碳源为石油焦和沥青，还或者所述碳源为针状焦、石油焦和沥青。其中，所述沥青的添加量占针状焦和/或石油焦的质量百分含量为15-35wt％，例如为15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％。所述沥青由于具有液体状态，作为碳源的同时还可以起到很好的粘结作用。

其中，所述针状焦和所述石油焦均为本领域已知的生产人造石墨的通用原料；所述沥青例如可以是浸渍沥青，或选自软化点为65-85℃、喹啉不溶物含量小于1％的沥青。

其中，所述石油焦还可以经过预处理，例如可以是经过破碎、机械磨粉、整形后得到的颗粒状的石油焦。

其中，所述针状焦还可以经过预处理，例如可以是经过破碎、机械磨粉、整形后得到的颗粒状的针状焦。

根据本发明，所述石油焦的粒径为6-10μm，所述针状焦的粒径为6-10μm，此粒径范围的石油焦和针状焦具有较好的催化反应活性。