[发明专利]一种高能量密度快充石墨复合负极材料及其制备方法、锂离子电池

权利要求书

1.一种高能量密度快充石墨复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料为核壳结构，包括由内向外依次设置的内核、中间层、外层，所述内核为石墨，所述中间层为快离子导体，所述外层为含有氟的复合碳材料；所述快离子导体为Li₇La₃Zr₂O₁₂，Li_1.4Al_0.4Ti_1.6(PO₄)₃中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的高能量密度快充石墨复合负极材料，其特征在于，所述内核、中间层、外层的厚度之比为100:(5～20):(1～5)。

3.一种高能量密度快充石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将快离子导体与溶剂混合制得前驱液；所述快离子导体为Li₇La₃Zr₂O₁₂、Li_1.4Al_0.4Ti_1.6(PO₄)₃中的至少一种；溶剂为四氯化碳、N-甲基吡咯烷酮中的任意一种；

2)将石墨、导电剂加入步骤1)制得的前驱液中，混合均匀，固液分离，固体干燥后在惰性气氛下于700-1000℃烧结1-12h，得到复合材料A；快离子导体、石墨、导电剂的质量比为(1～10):100:(1～10)；导电剂为碳纳米管、石墨烯、纳米碳纤维、炭黑、空心碳球中的一种；

3)将步骤2)制得的复合材料A与氟化铵、氧化石墨烯、金属偶联剂、水混合均匀，然后在150-300℃下进行水热反应1-6h，固液分离，固体干燥得到复合材料B；复合材料A、氟化铵、氧化石墨烯、金属偶联剂的质量比为100:(1～5):(0.5～2):(0.5～2)；金属偶联剂为铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种；

4)将步骤3)制得的包覆材料B在氢气和氩气混合气氛下在700-1000℃保温30-150min得到复合材料C；然后将氢气和氩气混合气氛改为碳源气氛，继续在700-1000℃保温30-150min，冷却，即得；所述碳源气氛为甲烷、乙炔中的至少一种。

4.根据权利要求3所述的高能量密度快充石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中前驱液中快离子导体的质量分数为1-5％。

5.根据权利要求3所述的高能量密度快充石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中将石墨、导电剂加入前驱液中混合均匀是球磨1-8h。

6.根据权利要求3所述的高能量密度快充石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中铝酸酯偶联剂为异丙基二硬酯酰氧基铝酸脂、异丙基二硬酯酰氧基铝酸脂、(乙酰丙酮)铝酸二异丙酯、高铝酸酯中的至少一种。

7.根据权利要求3所述的高能量密度快充石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中钛酸酯偶联剂为三硬脂酸钛酸异丙酯、异丙基三油酸酰氧基钛酸酯中的至少一种。

8.根据权利要求3所述的高能量密度快充石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，.步骤4)中氢气和氩气的体积比为(1-3):1。

9.根据权利要求3所述的高能量密度快充石墨复合负极材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中以(1～10)℃/min的升温速率升温至700-1000℃。

10.一种锂离子电池，包括正极、负极、隔膜、电解液，其特征在于，所述负极包括负极集流体和涂覆在负极集流体表面的负极材料层，负极材料层包括负极活性物质，所述负极活性物质为如权利要求1所述的高能量密度快充石墨复合负极材料。