[发明专利]负极材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种负极材料及其制备方法和应用。所述负极材料为核壳结构颗粒，包括核体和包覆于所述核体的壳层，所述核体包括非完全石墨化碳材料和镶嵌在所述非完全石墨化碳材料中的石墨颗粒；所述壳层包括碳材料和掺杂在所述碳材料中的导电剂。所述负极材料通过对其材料结构的设计和核体表面修饰，赋予所述负极材料对Li⁺优异的脱嵌能力，且具有高的导电性能，从而赋予所述负极材料优异的倍率性能。其制备方法能够有效保证制备的负极材料结构和电化学性能稳定，而且效率高。所述负极材料能够在电池负极和二次电池中应用。

技术领域

本发明属于电池领域，具体涉及一种负极材料及其制备方法和应用。

背景技术

锂离子电池因其能量密度高、循环长、稳定性高的特点得以广泛的利用。随着电动汽车的蓬勃发展，锂离子电池的市场日益广阔，同时对锂离子电池安全以及充放电性能要求越来越高。

目前提高材料倍率性能的方法主要是进行二次造粒改变颗粒的微晶取向，以更利于脱嵌Li⁺的方式进行。如在当前公开一种负极材料中，其是采用石油焦或者针状焦，以沥青或者树脂为粘接剂在400℃～500℃热处理后制备成二次颗粒，进而制备出高倍率负极材料。二是在表面进行包覆无定型碳，提高表面脱嵌Li⁺速度。在当前公开的另一份负极材料中，其是在天然石墨表面包覆一层无定形碳来提高Li⁺脱入与脱出。

但在实际应用中发现，现有这些方案提供的负极材料均未能改变Li⁺在负极内部的扩散路径，以及材料的电子导电性未能得以改变，无法满足高倍率性能要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种负极材料及其制备方法，以解决现有负极材料存在的Li+扩散路径和导电性不理想而导致其倍率性能不理想的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种电池负极和含有所述电池负极的二次电池，以解决现有二次电池由于所含负极材料倍率性能不理想而导致的电化学性能相对差的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种负极材料。所述负极材料为核壳结构颗粒，包括核体和包覆于所述核体的壳层；其中，所述核体包括非完全石墨化碳材料和镶嵌在所述非完全石墨化碳材料中的石墨颗粒；所述壳层包括碳材料和掺杂在所述碳材料中的导电剂。

本发明负极材料采用在石墨颗粒镶嵌至非完全石墨化碳材料形成核体，核体外层进行包覆处理，该复合结构的核体具有优异的各向同性，而且利于Li⁺的脱嵌；采用碳材料中分散导电剂的复合材料作为包覆层，一方面有效提高了所述负极材料的导电性，另一方面提高了所述负极材料表面的Li⁺脱嵌速度。因此，所述负极材料通过对其材料结构的设计和核体以及壳层成分的控制，赋予所述负极材料对Li⁺优异的脱嵌能力，且具有高的导电性能，从而赋予所述负极材料优异的倍率性能。

优选地，所述石墨颗粒为亚微米级；和/或所述石墨颗粒的石墨化度为90％～100％。进一步优选地，所述石墨颗粒的D50粒径在100nm～1μm。优化所述石墨颗粒粒径、石墨化度缩短所述负极材料的Li⁺扩散路径短，提高倍率性能。

优选地，所述非完全石墨化碳材料的石墨化度为60％～90％。通过优化非完全石墨化碳材料的石墨化度，提高核体的各向同性，缩短Li⁺扩散路径，提高对Li⁺的脱嵌性。

优选地，所述核体的D50粒径为微米级；进一步优选地，所述核体的D50粒径为2～25μm。通过对所述核体整体粒径的控制和优化，缩短所述负极材料的Li⁺扩散路径。

优选地，所述石墨颗粒与所述非完全石墨化碳材料的质量比为95：5～50:50。优化所述石墨颗粒的镶嵌量以提高所述核体的各向同性和缩短Li⁺扩散路径。