[发明专利]一种高倍率锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种高倍率锂离子电池负极材料，锂离子电池负极材料为核壳结构，核壳结构包括负极基材和包覆于负极基材表面的硬碳层，硬碳层包括硬碳碳源、铌源和氮源。本发明的高倍率锂离子电池负极材料，以硬碳碳源作为包覆剂，在高温下炭化，在负极基材表面形成硬碳碳层，通过铌以及含氮化合物在高温下分解产生Nb和N，与硬碳层以及负极基材表面进行反应，并在高温下在负极基材表面形成复合结构，负极表面由原本的缺陷状态形成了一层硬碳以及Nb‑N‑O‑C等复合结构，一方面，硬碳相比与其他负极材料有较大的层间距，因而具有较好的倍率充放电性能，通过硬碳包覆，减少锂离子嵌入的应力和应变，能够提高负极材料的大倍率充放电性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池领域，尤其涉及一种高倍率锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

近年来，随着对电动车，电动自行车等动力类电池及削峰填谷储能电站的需求不断增长，能源领域特别是锂离子电池和超级电容器吸引了人们的广泛关注。目前工业上广泛应用的锂离子电池负极材料是石墨负极材料，目前对高倍率负极材料的充电倍率要求通常为4C或者10C充放电，未来电动车电池甚至会要求负极材料能够满足10C、20C乃至更高倍率的脉冲充放电。而实现高倍率充放电，尤其是充电，关键在于负极材料。

石墨负极材料具有优异的导电性、良好的化学稳定性，是作为锂离子电池活性材料的理想碳基体，但石墨材料的倍率特性一般，难以满足过高倍率充放电的要求。目前高倍率动力类锂电池使用的负极材料主要是硬碳材料，但硬碳本身成本较高价格昂贵，且首效过低，容量较低，难以形成大规模应用。

因此，为了锂离子电池的高功率应用，有必要开发出更多具有出色高倍率性能的锂离子电池负极材料。

发明内容

本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供一种高倍率锂离子电池负极材料及其制备方法，显著提高材料大倍率充放电性能性能。本发明采用的技术方案是：

一种高倍率锂离子电池负极材料，其中：所述锂离子电池负极材料为核壳结构，所述核壳结构包括负极基材和包覆于负极基材表面的硬碳层，所述硬碳层中包括硬碳碳源、铌源和氮源。

优选的是，所述的高倍率锂离子电池负极材料，其中：所述负极基材为碳材料；所述碳材料、硬碳碳源、铌源和氮源的质量比为100：1～30:0.1～15:0.1～15。

优选的是，所述的高倍率锂离子电池负极材料，其中：所述碳材料选自人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、软碳负极材料中的一种或多种。

优选的是，所述的高倍率锂离子电池负极材料，其中：所述硬碳碳源选自葡萄糖、蔗糖、鼠李糖、果糖的一种或多种，所述硬碳碳源的中值粒径为0.2～200微米。

优选的是，所述的高倍率锂离子电池负极材料，其中：所述铌源选自五氯化铌、乙醇铌中的一种或两种；氮源选自氯化铵、盐酸胍、尿素中的一种或多种。

一种高倍率锂离子电池负极材料的制备方法，其中：包括以下步骤：

(1)取碳材料粉末，向碳材料粉末中加入硬碳碳源、铌源和氮源，得到混合粉末；

(2)将混合粉末加入溶剂搅拌，得到浆料；

(3)将浆料进行干燥造粒，得到颗粒物；

(4)将颗粒物加入炭化设备中，在保护气氛下，加热至900-1350℃，保温，自然冷却后取出，得到负极材料；

(5)将负极材料过筛，制得成品。

优选的是，所述的高倍率锂离子电池负极材料的制备方法，其中：所述步骤(2)中溶剂为水、乙醇、乙二醇、乙腈中的一种或多种；所述搅拌时间为2～12h。

优选的是，所述的高倍率锂离子电池负极材料的制备方法，其中：所述步骤(3)干燥造粒的方法为喷雾干燥或冷冻干燥。