[发明专利]一种硬碳和软碳共修饰的人造石墨负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种硬碳和软碳共修饰的人造石墨负极材料及其制备方法，该负极材料包括人造石墨材料以及依次均匀地包覆在所述人造石墨材料表面的硬碳层和软碳层，所述人造石墨材料、硬碳层、软碳层的重量比为1：(0.1‑0.35)：(0.08‑0.2)。上述人造石墨负极材料通过硬碳和软碳对人造石墨的修饰作用，硬碳类材料在高温石墨化之后仍然是无定型程度较高的硬炭结构，构建单颗粒之间的锂离子快速扩散通道，软碳包覆以解决硬碳地比表和电解液的刻蚀问题，使最终的产品具有较好的倍率性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及新能源锂离子电池负极材料技术领域，尤其涉及一种硬碳和软碳共修饰的人造石墨负极材料及其制备方法。

背景技术

为了实现节能减排，国家大力倡导发展新能源技术，其中锂离子电池作为高能量密度、高循环性能和无污染的储能技术，有着较好的发展前景。锂离子电池在动力汽车和消费数码类的市场上占比非常高，在大规模储能方面占比也在稳步上升。负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，商业化程度最高的是石墨。

相比于天然石墨，人造石墨有着更好的倍率性能、循环性能，更适合于高端的产品，尤其用于消费数码类领域。数码类人造石墨负极材料通常对快充性能有着非常高的要求，但又需同时兼顾要能量密度和循环性能。于此，人造石墨负极产品通常会采用二次颗粒和包覆无定形碳的方案设计来实现性能要求。造粒过程大多数是加入较高软化点的沥青，在高温下进行搅拌，将一次颗粒粘接为二次颗粒，提高能量密度和循环性能。由于石墨的本征锂离子扩散系数较差，包覆无定形碳会在石墨表面形成高速缓存通道，极大地提高石墨的动力学并且会修饰石墨的缺陷从而降低能量密度的损失。但是采用上述的传统技术所得的石墨负极材料仍然不能满足未来市场的需要，尤其是循环性能和快充方面，需要在造粒和包覆方面进行进一步地技术突破。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明目的之一提供一种硬碳和软碳共修饰的人造石墨负极材料，其通过硬碳和软碳对人造石墨的修饰作用，以提高负极材料的循环性能和快充方面性能。

本发明的目的之二提供一种上述硬碳和软碳共修饰的人造石墨负极材料的制备方法。

本发明目的之一采用如下技术方案实现：

一种硬碳和软碳共修饰的人造石墨负极材料，包括人造石墨材料以及依次均匀地包覆在所述人造石墨材料表面的硬碳层和软碳层，所述人造石墨材料、硬碳层、软碳层的重量比为1：(0.1-0.35)：(0.08-0.2)。

进一步地，所述人造石墨材料为石油焦和/或煤系焦，粒径D50为6μm-10μm。

进一步地，所述硬碳层为沥青和树脂类有机高分子的混合物，所述沥青与所述树脂类有机高分子的重量比为(0.05-0.15)：(0.05-0.2)。该沥青为但不限于煤焦沥青、石油沥青或者天然沥青。

进一步地，所述树脂类有机高分子为环氧树脂、酚醛树脂、丙烯酸类树脂中的一种或者两种以上。其中，所述环氧树脂为但不限于双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、甘油环氧树脂、胺基环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂中的一种或者两种以上。丙烯酸类树脂为但不限于热塑性丙烯酸树脂、热固性丙烯酸树脂。优选地，丙烯酸类树脂为热固性丙烯酸树脂。

进一步地，所述软碳层为低温液相沥青。低温液相沥青即低温状态下沥青为液态。

本发明目的之二采用如下技术方案实现：

一种硬碳和软碳共修饰的人造石墨负极材料的制备方法，包括如下制备步骤：

S1：将人造石墨材料与硬碳材料进行混匀，得到混合物；

S2：在氮气的保护下，将步骤S1所得的混合物放入造粒设备中，进行升温造粒，待冷却后，得到包覆有硬碳层的二次颗粒；

S3：将步骤S2所得的二次颗粒放入石墨化设备，进行高温石墨化，得到石墨化物料；