[发明专利]锂离子电池负极材料、锂离子电池及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种锂离子电池负极材料、锂离子电池及其制备方法和应用。锂离子电池负极材料的制备方法包括如下步骤：(1)石墨化处理的人造石墨和软碳前驱体的混合物经热处理和碳化处理，制得在石墨化处理的人造石墨的表面包覆有软碳的物料A；(2)物料A和高分子聚合物的混合物经热处理和碳化处理，制得在物料A的表面包覆有硬碳的锂离子电池负极材料；高分子聚合物为硬碳的原料；步骤(2)中，碳化处理的温度为700～1000℃；软碳和硬碳之间包含一连续的空腔层；空腔层的厚度为0.05～0.65μm。本发明制得的锂离子电池负极材料具有高快充性能，可达到5C高快充的特点，具有较高能量密度和较好的低温保持率和循环性能。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料、锂离子电池及其制备方法和应用。

背景技术

当今社会锂离子电池作为一种能量存储装置快速发展。锂离子电池在现阶段广泛应用于智能手机、平板电脑和数码相机等便携式电子产品中，后续随着电动汽车的快速发展需要，动力锂离子电池飞速发展。从未来市场对锂离子电池的反向看，快速充电型锂离子电池将成为锂离子电池的重要方向。锂离子电池由正极、负极、电解液组成，其中，负极材料是影响锂离子电池循环和快充性能的关键因素。改善人造石墨负极材料的快充性能是重要的研究方向。目前快充技术的解决方案主要是：(1)调控锂离子去溶剂化过程；(2)减小石墨粒径；(3)石墨表面离子通道的构筑；(4)石墨内部嵌入点的开辟；(5)材料结构的优化。在这些解决方案中，软碳或硬碳的包覆是目前提升人造石墨负极材料快充能力的主要策略。但单独通过包覆硬碳来达到提高锂离子电池快充性能时，会存在锂离子电池能量密度下降，同时在循环过程中副反应的发生导致其循环寿命下降，且硬碳包覆效率低等缺陷；另外，在单独包覆软碳层的情况下，目前正常包覆量已经不能满足日益增长的快充需求，因此快充性能的提升只能通过增加包覆量来实现，但是过高的包覆量又会造成生产困难的问题，比如过高的软碳量会导致过高的挥发分，过高的挥发分会导致设备尾气系统的压力，造成系统管道堵塞。

因此，本领域亟需研发一种同时兼具高快充性能，高能量密度，较好低温保持率和循环寿命的锂离子电池负极材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中采用硬碳包覆的方法制得的锂离子电池负极材料无法兼备高电池快充性能、高电池能量密度和理想循环寿命，且硬碳包覆效率低等缺陷，而提供一种锂离子电池负极材料、锂离子电池及其制备方法和应用。本发明制得的锂离子电池负极材料具有高快充性能，可达到5C高快充的特点，具有较高能量密度和较好的低温保持率和循环性能。

本发明通过以下技术方案解决上述技术问题。

本发明提供了一种锂离子电池负极材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)石墨化处理的人造石墨和软碳前驱体的混合物经热处理和碳化处理，制得在所述石墨化处理的人造石墨的表面包覆有软碳的物料A；

(2)所述物料A和高分子聚合物的混合物经热处理和碳化处理，制得在所述物料A的表面包覆有硬碳的所述锂离子电池负极材料；所述高分子聚合物为所述硬碳的原料；所述软碳和所述硬碳之间包含一连续的空腔层；所述空腔层的厚度为0.05～0.65μm；

步骤(2)中，所述碳化处理的温度为700～1000℃。

步骤(1)中，所述石墨化处理的人造石墨中挥发组分的质量百分比可为本领域常规，较佳地为小于等于6％，更佳地为3％～6％。

步骤(1)中，所述石墨化处理的人造石墨的粒径D50可为本领域常规，较佳地为9.5～13.5μm，更佳地为10.5～13.5μm。

步骤(1)中，石墨化处理的人造石墨的制备方法可为本领域常规，一般包括如下步骤：人造石墨经整形、热处理和石墨化处理，即可。

其中，所述人造石墨可为本领域制备锂离子电池负极材料常用的原料，较佳地为针状石油生焦。