[发明专利]一种高功率型锂离子电池用碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高功率型锂离子电池用碳负极材料，所述碳负极材料经Li₂B₄O₇改性形成质量比为碳负极材料：Li₂B₄O₇＝80:20～99.5:0.5的复合物；采用廉价的Li₂B₄O₇对碳负极材料表面进行改性，大幅度的降低成本，经Li₂B₄O₇改性的碳负极材料在充放电循环过程有利于形成锂离子电导率高的SEI膜，有利于大幅度提升碳负极材料的倍率性能，且所采用的改性物质Li₂B₄O₇具有价格低廉、无毒及容易存储的优点。

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池负极材料领域，具体涉及一种高功率型锂离子电池用碳负极材料及其制备方法。

背景技术

由于具有充放电平台低、循环容量高及价格相对较低等优点，在锂离子电池实用化阶段，石墨碳材料作为锂离子电池负极材料已经实现商业化。长期以来以石墨碳材料为负极的锂离子电池基本上用于对电流密度要求较低的电子产品的电源，石墨碳材料的倍率性能差的缺点在实际应用中被忽略。近年来，随着环保意识在全球范围内获得提升，各国政府加大新能源汽车技术研发的支持，为以石墨碳材料为负极的锂离子电池开辟新的应用领域，目前，以石墨碳材料为负极的锂离子电池已经成功应用在插电式混合动力汽车及纯电动汽车，但是，进一步推广以锂离子电池为动力源纯电动汽车，需要在维持或进一步提高锂离子电池的质量比能量和循环性能的基础上大幅度提高锂离子电池的质量比功率，从而，解决电动汽车的充电时间过长的问题。综合考虑现有锂离子电池设计技术与材料制备技术的发展水平以及实用性，提高石墨碳负极材料的倍率性能为提升锂离子电池的质量比功率的最佳途径。现有研究表明通过改变石墨碳负极材料颗粒表面性质在碳负极颗粒表面生成有利于Li⁺脱-嵌的固体电解质界面(SEI)膜，即锂离子电导率高的SEI膜，进而可以提升碳负极材料的倍率性能。例如：文献(Int.J.Electrochem.Sci.2013,8:1308–1315)报道了采用B₂O₃为表面改性物质，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)报道了采用无定性碳为表面改性物质，改性后的碳负极材料的倍率性能同样得到提高。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。例如：文献(Adv.Mater.2015,27:130–137)报道了采用高锂离子电导率的有机物(C₁₄H₂₂O(C₂H₄O)n，n＝9–10)为表面改性物质，改性后的碳负极材料的倍率性能得到大幅度提高。但是，采用高锂离子电导率有机物作为表面改性物质存在成本高问题，不能满足动力型锂离子电池低成本化的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高功率型锂离子电池用碳负极材料及其制备方法，在大幅度提升碳负极材料的倍率性能的同时又降低成本。

本发明的高功率型锂离子电池用碳负极材料，所述碳负极材料经Li₂B₄O₇改性形成质量比为碳负极材料：Li₂B₄O₇＝80:20～99.5:0.5的复合物；通过碳负极材料的倍率性能

进一步，所述碳负极材料与Li₂B₄O₇质量比为90:10～99:1；