[发明专利]复合锂离子电池负极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池领域的负极材料，特别是涉及一种复合锂离子电池负极材料。

背景技术

与锂离子电池其他部件相比，锂离子电池负极材料的发展较为成熟。在商业应用中，石墨类碳材料技术较为成熟，市场价格也比较稳定，但随着锂离子动力电池对能量密度、功率密度、安全等性能的要求不断提升，现有负极材料越来越不能满足现实需求。

锂离子电池负极材料要求具备以下的特点：①尽可能低的电极电位；②离子在负极固态结构中有较高的扩散率；③高度的脱嵌可逆性；④良好的电导率及热力学稳定性；⑤安全性能好；⑥与电解质溶剂相容性好；⑦资源丰富、价格低廉；⑧安全、无污染。

目前，对锂离子电池负极材料的研究较多有：碳材料、硅基材料、锡基材料、钛酸锂、过渡金属氧化物等。

石墨类碳材料技术比较成熟，在安全和循环寿命方面性能较好，并且廉价、无毒，是较为常见的负极材料。常规锂离子电池负极材料包括天然石墨、天然石墨改性材料、中间相炭微球和石油焦类人造石墨。天然石墨和天然石墨改性材料价格比较低，但是在充放电效率和使用寿命方面有待进一步提高。石油焦类的产品在放电效率和循环寿命方面比较突出，但存在着高成本和制备工艺复杂的问题。

近年来，随着研究工作的不断深入，研究者发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整，或使石墨部分无序化，或在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构，有利于锂在其中的嵌入－脱嵌。目前，硬碳材料由于存在首效低、压实密度低、工艺不成熟等问题，因此，还没有进入大规模商品化阶段，国内相关领域仍处于试验阶段，相关文献报道很少。

动力电池市场要求锂离子电池具有高倍率放电性能、高安全性能、高效率、高循环寿命。同时，针对电动汽车的产业化前景，待开发的材料应该具有低成本的特点。

有鉴于上述现有的锂离子电池负极材料存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的复合锂离子电池负极材料，能够改进一般现有的锂离子电池负极材料，使其性能更加优异，成本更加低廉。经过不断的研究、设计，并经反复试作及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有的锂离子电池负极材料存在的缺陷，而提供一种新的复合锂离子电池负极材料，所要解决的技术问题是通过锂离子电池负极材料性能的改善，从而提高锂离子电池的比容量、首库伦效率。

本发明的另一目的是通过新型复合锂离子电池负极材料，从而克服现有锂离子动力电池的使用寿命较短、低温性能较差的缺陷。

本发明的再一目的在于，提供一种制备复合锂离子电池负极材料的方法，该方法步骤相对简单，从而更加适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种复合锂离子电池负极材料，其主要由以下组分组成：针状焦粉，重量百分比为30%-50%；天然球形石墨粉，重量百分比为20%-30%；各向同性焦粉，重量百分比为15%-25%；沥青焦粉，重量百分比为10%-20%。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的复合锂离子电池负极材料，其进一步含有重量百分比为1%-5%的同位素。

前述的复合锂离子电池负极材料，其中所述的针状焦粉的煅烧温度为1400℃-1600℃，堆积密度为0.7-0.8克/立方厘米，粒径为10纳米-300纳米，所述的天然球形石墨粉的粒径为10纳米-800纳米，含碳量为99.93%-99.99%，所述的各向同性焦粉的粒径为100纳米-300纳米，所述沥青焦粉的粒径为100纳米-500纳米，灰分小于0.05%。

前述的复合锂离子电池负极材料，同位素选由同位素晶体、同位素合金晶体或其化合物晶体制成，所述的同位素选自¹²C或⁵⁹Co。

前述的复合锂离子电池负极材料，其平均粒径D₅₀为200纳米-600纳米，比表面积为7.0-12.0m²/g，平均孔径2纳米-10纳米。