[发明专利]负极材料、其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明涉及一种负极材料、其制备方法和在锂离子电池中的应用，负极材料包括改性石墨电极材料及石墨微晶，所述改性石墨电极材料为硼原子改性的石墨电极材料，所述硼原子改性的石墨电极材料中的硼原子取代石墨电极材料层间的部分碳原子。本发明中硼原子分布于石墨电极材料的层间，拓宽了原石墨的层面间距，有利于锂离子进行脱嵌，从而提升了材料的动力学性能；同时，硼原子的存在提高了负极材料的石墨化度，从而达到提升负极材料压实密度和比容量的目的。

技术领域

本发明属于电池材料技术领域，具体涉及一种负极材料、其制备方法和锂离子电池。

背景技术

随着智能手机、笔记本等3C类电子产品的小型化和高性能化，以及动力类电池对续航里程的提升，3C类产品和动力电池对锂离子电池的能量密度和快充性能要求越来越高。近几年来，随着人们对纯电动汽车(EV)和混合动力电动汽车(HEV)的需求日益见长，对高功率和高能量密度锂离子电池(LIB)的要求也越来越高，“充电焦虑”和“续航焦虑”是纯电动汽车大规模产业化面临的两大障碍。

负极材料是锂离子电池的关键材料之一，对负极材料性能提出了更高的要求：在保证高能量密度、高安全性、长循环的基础上兼顾一定的快充性能。因而，开发一款成本低、工艺简单、性能优异的高能量密度兼顾快充的负极材料已经成为行业研究的热点。一般而言，提升锂离子电池负极材料的能量密度主要通过提升材料的比容量和压实密度来实现。高能量密度型人造石墨负极材料要求选用高压实、高比容量、易石墨化的针状焦作为原料。近两年来，针状焦的价格居高不下，给负极材料企业带来沉重的压力。

现有技术中通过以特种石墨尾料为主要原料，通过对特种石墨尾料进行整形处理，然后加入沥青等粘结剂，再经过压型-焙烧-破碎-除磁-筛分等工艺制备出了首次可逆容量在348mAh/g，首次效率在93.7％的锂电池用负极材料。但是所述方法制备出的人造石墨负极具有容量和首次效率均偏低，循环性能不佳，无快充性能等缺点。

现有技术中通过将焦炭粉碎后在1800～2000℃下高温纯化，再将得到的高纯原料与易碳化石墨化的树脂混合均匀后，升温至150～600℃搅拌使所述树脂对所述焦炭形成充分浸渍后冷却，随后先在1000～1300℃下碳化，再在2800～3000℃下石墨化，制得高能量密度型人造石墨负极材料。但是所述方法采用的原料主要为沥青焦或石油焦，因而制备出的负极材料压实密度不高，倍率性能不佳。

高功率(HP)/超高功率石墨电极(UHP)是高功率电炉/超高功率电炉电弧炼钢用电极，将石墨电极尾料粉碎后用作负极材料，则存在比表面积大、振实密度低、加工性能不佳等问题。还有的研究中采用石墨电极粉作为一次颗粒骨料，煤沥青/石油沥青作为造粒用粘结剂，由于石墨电极粉未经过任何处理，且粘结剂沥青中含有一定比例的难石墨化组分，导致石墨化后的产品存在容量低、压实密度低等问题。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够提升压实密度和比容量的负极材料、其制备方法和锂离子电池中。

一种负极材料，所述负极材料包括：

改性石墨电极材料，所述改性石墨电极材料为硼原子改性的石墨电极材料，所述硼原子改性的石墨电极材料中的硼原子取代石墨电极材料层间的部分碳原子；及

石墨微晶。

本发明石墨电极材料具有层状结构，硼原子取代所述石墨电极材料中的层间的部分碳原子，以使得硼原子分布于石墨电极材料的层间，拓宽了原石墨的层面间距，有利于锂离子进行脱嵌，从而提升了材料的动力学性能；同时，硼原子的存在提高了负极材料的石墨化度，从而达到提升负极材料压实密度和比容量的目的。

一实施方式中，所述石墨微晶包括：在石墨化过程中，硼原子催化所述石墨电极材料表面的缺陷部位生成的石墨微晶；

一实施方式中，所述石墨微晶还包括易石墨化高分子树脂在石墨化过程中生成的易石墨化高分子树脂石墨微晶；