[发明专利]一种负极材料及其制备方法、负极片和二次电池

说明书

本发明属于二次电池技术领域，尤其涉及一种负极材料及其制备方法、负极片和二次电池，一种负极材料包括石墨材料以及包覆在石墨材料表面的锆酸锂。本发明的负极包覆材料为富锂化合物，能提供一定量的锂源，锆酸锂包覆层具有稳定的晶相结构，锆酸锂包覆层厚度均匀，与石墨材料结合紧密，与电解液相溶性好，而且具有良好的离子电导率。

技术领域

本发明属于二次电池技术领域，尤其涉及一种负极材料及其制备方法、负极片和二次电池。

背景技术

为解决日益严峻的环境问题,对锂离子电池的性能要求越来越高。作为商业化应用最广泛的锂离子电池负极材料，石墨以其高的电子电导率、稳定的充放电电压平台、丰富的资源、低廉的价格等诸多优点,牢牢掌控着市场优势。但石墨负极自身仍存在离子电导率较低、与电解液相容性差等缺点。在锂离子电池首次充电过程中，即在锂离子开始嵌入负极时，先达到负极的电子和锂离子首先和与负极接触的电解液发生反应，有机电解液被还原分解，在石墨负极表面形成一层SEI固体电解质界面膜，形成稳定的SEI膜后锂离子才能大量的嵌入石墨层状结构中。毫无疑问，SEI膜的生成会消耗部分锂离子，从而使得整个电池的充电不可逆容量增加，降低了锂离子电池的首次充放电效率。

对此，当前学术界和产业界普遍通过包覆和掺杂来提升石墨负极材料的离子电导率和与电解液的相容性。但对于包覆过程，如果采用直接包覆，即用成品的Li2ZrO3直接包覆在石墨负极表面，会出现包覆厚度不均匀，包覆材料与基体材料结合不紧密的情况出现。

发明内容

本发明的目的之一在于：针对现有技术的不足，而提供一种负极材料的制备方法，解决Li₂ZrO₃包覆在石墨负极表面出现包覆厚度不均匀，结合不紧密的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种负极材料的制备方法，包括以下制备步骤：

步骤S1、将石墨加入第一溶剂中搅拌分散得到第一溶液；

步骤S2、将有机锆添加物加入第一溶液中搅拌分散得到混合溶液，调节酸碱度得到第二溶液；

步骤S3、将第二溶液加热进行水热处理，冷却，离心，烘干得到氧化锆包覆石墨；

步骤S4、将步骤S2制得的氧化锆包覆石墨与碳酸锂混合研磨，在惰性气体环境下，加热煅烧处理，研磨得到负极材料。

本发明的负极材料的制备方法先在石墨材料表面形成氧化锆包覆层，再原位生成锆酸锂包覆层，使包覆层厚度均一，包覆层与石墨材料结合牢固，电化学性能良好。其中，氧化锆与碳酸锂的反应化学式如下：

ZrO₂+LiCO₃→Li₂ZrO₃+CO₂↑。

本发明的制备方法和操作简单，所需设备简易；原位法生成的Li₂ZrO₃包覆层均一性比较好，可与基体材料紧密结合，同时其本身具有较高的锂离子电导率，能够改善石墨负极材料与电解液界面的锂离子脱嵌速率，并减少因电解液被分解还原生成的SEI膜的量；Li₂ZrO₃包覆材料本身是富含锂的化合物，能够在化成过程中提供锂源，减缓活性物质的损失量，从而提升锂离子电池的首次充放电效率，并提升材料的稳定性。其中，上述的第一溶剂为无水乙醇溶液。

优选地，所述石墨与锆酸锂的重量份数比为1～10:0.01～0.08。设置一定用量的石墨与锆酸锂，使锆酸锂能够完整均一地包覆在石墨表面，既避免包覆过量，也避免包覆率差。

优选地，所述步骤S4中氧化锆包覆石墨中锆元素与碳酸锂中锂元素的摩尔比为1～2：2～8。步骤S4中氧化锆包覆石墨中锆元素与碳酸锂中锂元素的摩尔比为1:2、1:5、1:6、1:8、2:3、2:5、2:6、2:8。