[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

说明书

本发明涉及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，属于锂电池技术领域。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。本发明的高能量密度快充石墨复合负极材料能够提升负极材料的快充性能，并能够提高材料的循环稳定性，而且能够在电池首次充电过程中原位生成LiF层，进一步使得电池的循环性能得到极大提升。

技术领域

本发明涉及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，属于锂电池技术领域。

背景技术

锂离子电池的应用越来越广泛，在各个领域都发挥着越来越重要的作用。但是，随着锂离子电池的广泛应用，不同的领域对于锂电池性能的要求也越来越高。例如，在电动汽车领域，随着市场对电动汽车续航及其快充性能要求的不断提高，进而对锂离子电池的电极材料的性能要求也不断提高，要求锂离子电池所用负极材料具有高的能量密度及快充性能。

目前商业化的锂离子电池负极材料中以人造石墨为主，人造石墨的倍率性能较差，无法充分满足电动汽车的要求，必须对负极材料进行必要的改进。

现有技术中，对人造石墨的改进大多通过在人造石墨表面包覆软碳或硬碳，来提高材料的嵌/脱锂离子速率。申请公布号为CN110071274A的中国发明专利申请公开了一种包覆处理法提高人造石墨负极材料性能的加工工艺，通过高温沥青对人造石墨进行包覆，然后再经碳化处理在人造石墨的表面包覆一层无定形碳，但是对电池的倍率性能提高幅度不大。其原因可能是，包覆层在充放电过程中，锂离子只能从石墨层的边缘，即平行于石墨层的方向进出石墨层结构，无法从垂直石墨层的方向进出，导致锂离子进出石墨层的扩散系数小，直接导致锂离子电池的倍率性能较差，循环性能也有待提高。

发明内容

本发明的目的是提供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，以提高锂离子电池的倍率性能和循环性能。

为了实现以上目的，本发明的高能量密度快充石墨复合负极材料所采用的技术方案是：

一种高能量密度快充石墨复合负极材料，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。

进一步的，所述内核、中间层、外层的厚度之比为100:(5-20):(1-5)。

本发明的高能量密度快充石墨复合负极材料的制备方法所采用的技术方案是：

一种高能量密度快充石墨复合负极材料的制备方法，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Li₇ La₃Zr₂O₁₂，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；