[发明专利]一种高倍率快速充电的负极材料及其制备方法、负极片、电池

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种高倍率快速充电的负极材料，包括包覆有硬碳的复合前驱体，所述复合前驱体包括石墨烯以及附着在所述石墨烯表面的中间相碳微球。中间相碳微球本身高度各向同性有利于内部锂离子传输，石墨烯能够促进电子传导，硬碳包覆层有利于锂离子的嵌入与脱出，三者共同作用能够显著提高负极材料大倍率充放电性能和循环性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种高倍率快速充电的负极材料及其制备方法、负极片、电池。

背景技术

多年以来，锂离子电池因其工作电压平台稳定，能量密度高，循环寿命长且环境友好等优势，被广泛应用于电子产品尤其是3C数码、无人机、小型电动工具以及电动汽车等领域。

目前，具备较高的能量密度以及较大电流快充性能的要求成为当前锂离子电池发展的重要技术挑战之一。其中，锂离子电池的负极材料是决定其大倍率充电性能的关键因素，石墨因为其较高电导率，工艺成熟、来源广泛且价格低廉被广泛应用于锂离子电池的负极材料。

然而，当前常规结构石墨负极表现出锂离子嵌入和脱出速率慢，大倍率充放电条件下负极电极表面容易析出锂枝晶等问题，严重限制锂离子电池快速充电能力，因此设计高性能锂离子电池负极材料以实现快速充电性能，同时兼顾高能量密度是锂离子电池领域亟待解决的关键问题。

有鉴于此，确有必要提供一种技术方案以解决上述技术问题。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种高倍率快速充电的负极材料，在实现快速充电性能的同时，还能兼顾高能量密度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高倍率快速充电的负极材料，包括包覆有硬碳的复合前驱体，所述复合前驱体包括石墨烯以及附着在所述石墨烯表面的中间相碳微球。

作为本发明所述的高倍率快速充电的负极材料的一种改进，所述石墨烯的层数为2～10层，所述石墨烯的厚度小于5nm，所述石墨烯的片层最大直径小于15μm。

作为本发明所述的高倍率快速充电的负极材料的一种改进，所述硬碳包括热塑性聚合物或可熔融生物质分子，所述热塑性聚合物包括热塑性树脂或沥青，所述可熔融生物质分子包括蔗糖、葡萄糖和果糖中的至少一种。

本发明的目的之二在于：提供一种高倍率快速充电的负极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)、将石墨烯加入到碳源溶液中分散，水热反应后得到第一前驱体；

步骤2)、将所述第一前驱体分散于热稳定介质中，加热所述第一前驱体，得到第二前驱体；

步骤3)、将硬碳碳源熔融包覆在所述第二前驱体的表面，碳化处理后得到高倍率快速充电的负极材料。

其中，水热反应能够将碳源溶液制备成发育完整、粒度小、分布均匀且颗粒团聚较轻的碳源晶粒，碳源晶粒在与石墨烯充分接触之后，小分子碳源晶体紧密附着在石墨烯表面，构成第一前驱体。第一前驱体进一步发生脱氢缩聚、脱烷基化、芳香化、环化等反应,形成具有中间相性质的大分子，随着温度的升高，进一步发生聚合反应，形成粒径较小、分布均匀、表面较光滑的球型第二前驱体。

作为本发明所述的高倍率快速充电的负极材料的制备方法的一种改进，在步骤1)中，所述水热反应的温度为130～250℃，所述水热反应中水的蒸气压为0.3～4MPa，所述水热反应的时间为4～8h。

作为本发明所述的高倍率快速充电的负极材料的制备方法的一种改进，在步骤1)中，所述石墨烯的层数为2～10层，所述石墨烯的厚度小于5nm，所述石墨烯的片层最大直径小于15μm。