[发明专利]石墨负极材料及锂离子电池

说明书

本发明涉及一种石墨负极材料，包括基体和包覆基体表面的包覆层，所述基体呈类椭球形，所述基体包括互相平行的石墨片层结构，所述石墨片层结构的延伸方向与基体的长轴方向的夹角为60‑90度。本发明还涉及一种锂离子电池。本发明提供的石墨负极材料制备的锂离子电池具有倍率性能极优、能量密度高、形变小的突出优势。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，特别是涉及一种石墨负极材料，以及利用该石墨负极材料制成的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池作为一种化学储能装置，其能量密度高、循环寿命长，在手机等消费类电子产品中的应用具有不可替代的地位；同时，锂离子电池在新能源汽车领域的应用也逐渐成为主流。但是，无论手机还是电动汽车，用户体验最显著的感受有两点，一是续航时间或里程永远不够长(对于锂离子电池而言，即为能量密度小)，二是能量消耗完后补充的速度永远不够快(对于锂离子电池而言，即为充电速度慢)。

负极材料是制约锂离子电池能量密度和大电流充放电性能的关键因素之一。为了满足续航时间或里程需求，当前通常采用天然石墨或针状焦为原料制备的人造石墨作为负极材料。高端天然石墨和高端人造石墨负极材料比容量已经可以达到365-370mAh/g，接近石墨负极材料的理论容量372mAh/g；为了满足快速充电的需求，目前通常采用石墨化的中间相炭微球作为负极材料，但是中间相炭微球容量低，约330mAh/g，而且制造成本高。目前尚无法做到锂离子电池容量大和充电快两者兼顾。

发明内容

本发明旨在提供一种能够同时提升电池的能量密度和充电速度的石墨负极材料，以及具有该石墨负极材料的锂离子电池。

一种石墨负极材料，包括基体和包覆基体表面的包覆层，所述基体呈类椭球形，所述基体包括互相平行的石墨片层结构，所述石墨片层结构的延伸方向与基体的长轴方向的夹角为60-90度。

在其中一个实施例中，所述石墨负极材料的平均粒径D50为5-30μm。

在其中一个实施例中，所述基体在石墨负极材料中的质量比为75％～95％。

在其中一个实施例中，所述包覆层在石墨负极材料中的质量比为1％～20％。

在其中一个实施例中，所述包覆层包括软炭、硬炭、前二者的石墨化产物中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述包覆层还包括导电体，导电体在石墨负极材料中的质量比为0.1％～6％。

在其中一个实施例中，所述导电体为碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述导电体为炭黑、科琴黑、石墨微粉中的一种或多种。

在其中一个实施例中，所述包覆层均匀分布在基体的表面。

一种锂离子电池，包括由上述的石墨负极材料制成的负极。

本发明提供的石墨负极材料制备的锂离子电池因锂离子可直接沿着集流体的垂直方向直接穿过片层结构并嵌入片层结构中，最大限度地缩短了锂离子扩散距离和减小了锂离子扩散过程中的阻力，使得由所述石墨负极材料制备的锂离子电池适于大电流充放电。且充电后锂离子嵌入石墨片层，片层结构的膨胀方向平行于集流体，相较于传统的膨胀方向垂直于集流体而言，形变小。

附图说明

图1为本发明提供的石墨负极材料的微观结构示意图；

图2为本发明提供的石墨负极材料应用于锂离子电池中，在充电时锂离子嵌入方向和锂离子嵌入石墨负极材料中时石墨负极材料的膨胀方向的示意图。

具体实施方式

本发明提供的石墨负极材料平均粒径D50为5-30μm。如图1所示，石墨负极材料包括基体10和包覆层20。