[发明专利]一种负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种负极材料及其制备方法。

背景技术

近年受能源危机的影响，电动汽车越来越受到人们的关注。电动汽车用电池，与现有的小型携带设备对于电池的要求有很大的不同，其中最为重要的是：电动汽车用电池必须能够在短时间内大电流充放电。从而对电池的正负极材料提出了更高的要求。

为了满足电动汽车性能的要求，电池的正极材料一般选用磷酸铁锂材料，磷酸铁锂材料具有优异的大电流充放电的优点；但是在负极材料中，现在还没有较好支持大电流充放电的负极材料。现有锂离子电池的负极材料一般为天然石墨。天然石墨具有较高的比容量，但是其并不支持大电流放电，并且易于与电解液发生反应，循环性能较差。所以亟待开发一种高容量、高循环性能、具有大电流充放电的电池负极材料显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，现有技术中负极材料的大电流充放电性能较差，从而提供一种大电流充放电性能优异的负极材料。

一种负极材料，包括碳材料复合颗粒，所述碳材料复合颗粒包括基体、以及镶嵌在基体中的纳米炭黑粒子；

所述基体为人造石墨，所述人造石墨的孔隙率为3％～20％，平均孔径为50～300nm，层间距d₀₀₂为0.335～0.349nm；

所述纳米炭黑粒子的平均粒径为400～600nm。

本发明的第二目的是提供另一种上述负极材料的制备方法。

一种负极材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将人造石墨原料和发孔剂混合并加热熔融，再加入纳米炭黑粒子混合后造粒，然后球磨粉碎；

(2)将步骤(1)的产物，分散到90～97℃聚乙烯醇溶液中浸泡，后分离出固体；

(3)将步骤(2)分离出的固体，加入到萃取剂中萃取，后分离出固体；

(4)将步骤(3)的产物，依次进行氧化处理、预碳化处理、石墨化处理。

本发明的负极材料可以满足电池在短时间内大电流充放电要求，同时具有高容量以及高循环性能。本发明的制备方法简单易行，可以适用于大规模工业生产。

附图说明

图1是本发明实施例1的XRD图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种负极材料，包括碳材料复合颗粒，所述碳材料复合颗粒包括基体、以及镶嵌在基体中的纳米炭黑粒子；

所述基体为人造石墨，所述人造石墨的孔隙率为3％～20％，平均孔径为50～300nm，层间距d₀₀₂为0.335～0.349nm；

所述纳米炭黑粒子的平均粒径为400～600nm。

本发明中，在人造石墨基体的内部以及表面都镶嵌有纳米碳黑粒子，纳米炭黑粒子均匀分散于基体中。

本发明优选碳材料复合颗粒的平均粒径为5-20μm，更优选为8-10μm。在提高充放电性能下，本发明还可以对负极材料的最大粒径也做进一步限定，优选为25-35μm。

本发明的碳材料复合颗粒，优选其比表面积为0.5-10m²/g，更优选为1-5m²/g。这样有利于减小负极材料与电解液的接触面积，从而抑制了负极材料与电解液之间的副反应的发生，减小了负极材料以及电解液的损耗。

在本发明的碳材料复合颗粒中，优选人造石墨与纳米碳黑粒子的质量比为200∶1～20∶1。

本发明的发明人意外发现，纳米碳黑粒子镶嵌在基体人造石墨中，可以有效改善基体人造石墨的性质。本发明的发明人推定的原因是，由于纳米碳黑粒子的镶嵌造成生成的人造石墨，具有合适的结晶度，避免了结晶度过低造成不可逆容量增加的现象；同时在嵌锂和脱嵌反应时，人造石墨的膨胀和收缩较小，不容易造成晶体坍塌，有效提高循环性能；并且有部分纳米碳黑粒子镶嵌在人造石墨的表面上，有助于提高负极材料的导电性。本发明的碳材料复合颗粒具有一定的孔隙率以及较为合适的孔径，使得碳材料复合颗粒的吸液能力提高，使锂离子可以从孔道脱嵌，提高锂离子的移动速度。可以看出，本发明的负极材料既加强电子的迁移速度，同时也加强了离子的迁移速度，从而有效提高了负极材料的倍率放电性能。

一种负极材料的制备方法，其包括如下步骤：

(1)将人造石墨原料和发孔剂混合并加热熔融，再加入纳米炭黑粒子混合后造粒，然后球磨粉碎；