[发明专利]一种锂离子电池用负极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种涉及一种锂离子电池用负极材料及其制备方法。该负极材料包括核层和包覆于所述核层外的壳层，所述核层为石墨，所述壳层为有机磺酸盐。本发明提供的锂离子电池用负极材料，能够提高锂离子电池的首次效率，并且能够提高锂离子电池的循环寿命。本发明提供的锂离子电池用负极材料的制备方法，工艺条件简单，无需进行融化处理和轻度粉碎，无需高温可降低生产成本，包覆效果良好。

技术领域

本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池用负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为绿色清洁，可持续能源，成为近年来研究热点，被广泛应用于便携式设备及电动汽车上。但由于目前电池正、负极材料，电解液成分等因素，锂离子电池在可逆容量及循环稳定性方面仍有一定限制。

目前，锂离子电池的负极主要是石墨材料，主要是因为石墨材料具有高的导电性和较好的充放电平台等优点。但是石墨材料也存在一定的缺点，比如天然石墨由鳞片层结构组成，层与层之间以范德华力为主，结构不稳定容易造成溶剂的共嵌，导致电池的充放电性能下降，循环性能降低。因此近年来针对天然石墨的改性处理已经成为研究热点。如专利申请公布号CN101887967A中，将沥青进行乳化处理，然后与天然石墨混合包覆设计，这种方法在包覆的效果上有一定的改进，但液相的沥青对石墨的包覆有一定的局限。日本专利JP10294111采用沥青对石墨进行低温包覆，然后进行不融化处理和轻度粉碎，这种方法在包覆效果上很难控制，而且包覆过程中需要升温到410℃，增加成本。专利申请CN200410002761.5采用沥青质材料包覆处理，虽然材料包覆效果上有一定的改善，但工艺条件复杂，成本增加。

然而，在石墨表面包覆沥青等软碳方式对石墨进行改性这种方式仍有缺点，在电池首次充电时石墨表面仍会与电解液发生反应，生成SEI膜，消耗活性锂，降低首次效率，导致电池容量的损失；而且在循环过程中，随着石墨膨胀收缩，SEI膜不断地破损、再修复，持续消耗活性锂，进而导致电池循环寿命缩短。

发明内容

本发明的目的在于之一：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电池用负极材料，提高锂离子电池的首次效率，并且能够提高锂离子电池的循环寿命。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种锂离子电池用负极材料，其特征在于：包括核层和包覆于所述核层外的壳层，所述核层为石墨，所述壳层为有机磺酸盐，所述有机磺酸盐的结构式为

其中，R包括烷基、羧基、羟基烷基、芳香基和烯烃基中的任意一种，M为金属阳离子。优选的，所述金属阳离子包括但不限于Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等。

作为本发明所述的锂离子电池用负极材料的一种改进，所述核层的中值粒径为5～20μm。所述的中值粒径指一个样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径，其物理意义是粒径大于它的颗粒占50％，小于它的粒径也占50％；

作为本发明所述的锂离子电池用负极材料的一种改进，所述壳层的厚度为1～150nm。虽然有机磺酸盐包覆对改善负极材料的电化学性能有很大的帮助，但壳层不宜过厚也不宜过薄，包覆厚度太大时，虽然界面反应得到很好抑制，但锂离子嵌入石墨层间的迁移距离增长，迁移难度增大，嵌锂容量开始降低；包覆厚度太小时，电极表面的石墨结构未能被有效覆盖，电解液组分在石墨表面的还原反应不能被有效控制，电极性质也会因此受到一定程度的影响。

作为本发明所述的锂离子电池用负极材料的一种改进，所述壳层的厚度为10～50nm。有机磺酸盐能够刚好完全覆盖在石墨表面，在石墨表面形成一层较薄的壳层，有效阻止石墨直接与电解液的接触反应，降低SEI膜形成过程中引起的不可逆容量，使负极材料的首次放电效率提高。