[发明专利]锂离子电池用碳基负极材料表面改性方法及其碳基负极材料

说明书

本发明公开一种锂离子电池用碳基负极材料表面包覆Li₂B₄O₇的改性方法，包括以下步骤：将锂盐溶液浸润碳基负极材料表面孔隙进行预处理后再进行原位反应，经干燥、煅烧后获得表面包覆Li₂B₄O₇的碳基负极材料；通过调整浸润工艺顺序，先把容易浸润到碳负极材料表面孔隙内的非玻璃态的锂盐溶液浸润到碳负极材料表面孔隙内，再添加适量非玻璃态含硼酸根化合物的方式，通过Li⁺与BO₃^3‑在碳负极材料表面孔隙内发生反应，在无需延长浸润时间及增强搅拌强度的基础上，轻松实现玻璃态Li₂B₄O₇水溶液浸润到碳负极材料表面孔隙内的目的，提高浸润效果，从而，获得电化学性能全面提高的经玻璃态Li₂B₄O₇改性后的碳负极材料。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料，特别涉及一种锂离子电池用碳基负极材料表面改性方法及其碳基负极材料。

背景技术

石墨碳材料具有充放电平台低、循环容量高及价格相对较低等优点，长期以来被用作锂离子电池的负极材料，然而，石墨碳材料的倍率性能差的缺点成为提升动力型锂离子电池的功率密度的主要障碍。现有研究表明：通过表面改性方法优化碳负极材料颗粒表面与电解液所生成的固体电解质界面(SEI)膜方式，可以缓解石墨碳材料倍率性能差的缺点。例如：文献(Int.J.Electrochem.Sci.2013,8:1308–1315)报道了采用在H₃BO₃水溶液中添加碳负极材料一步浸渍工艺，在碳负极材料颗粒表面生成B₂O₃覆盖物，改性后的碳负极材料的倍率性能得到提高；文献(Carbon.2015,94:432–438)报道了采用在煤焦沥青有机溶液中添加碳负极材料一步浸渍工艺，在碳负极材料颗粒表面生成无定性碳覆盖物，改性后的碳负极材料的倍率性能和其它电化学性能得到全面提高。进一步研究表明：SEI膜的物化性能与碳负极颗粒表面的物化性能息息相关，而且，化学性质稳定的表面改性物质在充放电循环过程中成为SEI膜的一部分，影响SEI膜的锂离子电导率，进而影响碳负极材料的倍率性能。因此，采用锂离子电导率高且化学性质稳定的锂离子导体能够大幅度提高碳负极材料的倍率性能。由于具有较高的锂离子电导率，以Li₂B₄O₇为代表的玻璃态锂离子导体为碳负极材料的良好表面改性剂，然而，由于Li₂B₄O₇水溶液的具有一定的粘性而流动性相对差，因此采用在Li₂B₄O₇水溶液中添加碳负极材料“一步浸渍”工艺在碳负极材料颗粒表面生成Li₂B₄O₇碳覆盖物时，容易出现Li₂B₄O₇水溶液难于浸润到碳负极材料表面孔隙内而引发包覆效果不够理想的问题，导致改性后的碳负极材料的倍率性能和循环性能的提升效果不够明显。

因此，当采用Li₂B₄O₇为锂离子电池用碳基负极材料表面改性物质时，需要解决Li₂B₄O₇水溶液难于浸润到碳负极材料表面孔隙内而引发包覆效果不够理想的问题，提高浸润效果，进而提高碳负极材料的倍率性能和循环性能等电化学性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种锂离子电池用碳基负极材料表面改性方法，解决Li₂B₄O₇水溶液难于浸润到碳负极材料表面孔隙内而引发包覆效果不够理想的问题，通过提升浸润效果，进而提高碳负极材料的倍率性能和循环性能等电化学性能。