[发明专利]一种碳复合负极材料及其制备方法和包含其的锂离子电池

说明书

一种碳复合负极材料及其制备方法和包含其的一种锂离子电池。所述碳复合负极材料为核‑壳结构，内核由石墨、软碳与纳米活性物质组成，软碳颗粒间隙分布于石墨表面，纳米活性物质涂覆在石墨、软碳两者间隙与软碳颗粒表面，外壳为碳材料包覆层。石墨材料的加入提升了材料的容量和首次库伦效率，用于锂离子电池时明显改进了其倍率性能和循环性能。此外，本发明碳复合负极材料制备工艺简单，原料成本低廉，环境友好无污染。

技术领域

本发明属于电池材料领域，特别涉及一种碳复合负极材料及其制备方法和包含其的锂离子电池。

背景技术

目前，商用的锂离子电池主要采用石墨及改性石墨作为负极材料。尽管石墨有许多优点，比如接近锂金属电位的平台、较小的体积膨胀和较高的可逆容量。但是在高倍率充放电时则会沉积金属锂形成“锂枝晶”，容易引起短路而发生爆炸的危险。

软碳材料如石油焦、针状焦、碳纤维、非石墨化中间相碳微球等因具有特殊的结构使其具有优异倍率性能、循环性能和安全性能。如CN103050699A公开了一种锂离子电池软碳负极材料的制备方法，包括以下步骤：将催化剂与沥青混合；升温至180～380℃，反应至少0.7小时；升温至320～600℃，反应至少0.3小时，得到中间相球形初级品；对中间相球形初级品进行除杂并干燥，得到软碳类碳微球中间相前驱体；将软碳类碳微球中间相前驱体与含氮化合物和/或含硼化合物混合，静置；在保护性气氛下，升温至400～1600℃，热解处理至少0.6小时，得到软碳负极材料，该发明材料虽然大幅度提升了软碳材料的容量，但首次库伦效率和容量仍处于较低水平。

CN103708437A公开了一种锂离子电池软碳负极材料、其制备方法，包括以下步骤：以软碳粉末为原料、依次经过预烧、纳米材料喷涂及碳层包覆过程而制得。虽然该方法较大幅度提高了软碳材料的容量和首次库伦效率，但是其倍率性能却较差。

可见软碳材料作为负极材料目前仍存在容量低、首次库仑效率低的问题。虽然一些软碳材料通过复合和改性容量和首次库伦效率得到了一定得提升，但是其倍率性能却受到影响而降低。因此在提升软碳材料容量和首次库伦效率的同时保证其倍率性能仍是目前本领域需要克服的技术难题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种新型锂离子电池用碳复合负极材料，所述碳复合负极材料倍率性能优异，而且容量和首次充放电效率也得到了提升。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种碳复合负极材料，其为核-壳结构，内核由石墨、软碳与纳米活性物质组成，软碳颗粒间隙分布于石墨表面，纳米活性物质涂覆在石墨、软碳两者间隙与软碳颗粒表面，外壳为碳材料包覆层。

对于本发明所述的碳复合负极材料，其中，含纳米活性物质1～40wt％，石墨15～70wt％，软碳15～70wt％，碳材料10-50wt％。

优选地，所述碳复合负极材料的中值粒径为5.0～45.0μm，优选为7.0～35.0μm，进一步优选为9.0～25.0μm。

优选地，所述碳复合负极材料的比表面积为1.0～20.0m2/g，优选为1.5～8.0m2/g。

优选地，所述碳复合负极材料的粉体压实密度为0.9～2.0g/cm3，优选为1.0～1.7g/cm3。

优选地，所述软碳为2500℃以上可石墨化的非晶态碳材料，优选为石油焦、针状焦、碳纤维或非石墨化中间相碳微球中的1种或至少2种的组合。

优选地，所述软碳为粉末状。

优选地，所述软碳的中值粒径为2.0～30.0μm，优选为3.0～20.0μm，进一步优选为4.0～10.0μm。