[发明专利]具有多孔碳包覆层的负极材料、其制备方法和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种具有多孔碳包覆层的负极材料、其制备方法和锂离子电池。所述方法包括：1)将酚醛树脂分散到有机溶剂中，得到酚醛树脂溶液；2)采用酚醛树脂溶液进行还原乳化，然后冷冻干燥，得到改性酚醛树脂；3)对改性酚醛树脂进行造孔处理，得到多孔碳；4)将多孔碳和含碳负极材料分散在酚醛树脂溶液中进行液相包覆，干燥，热处理，得到具有多孔碳包覆层的负极材料。本发明的方法通过采用特定结构的多孔碳与酚醛树脂溶液共同对含碳负极材料进行包覆经热处理后得到混合包覆层，该混合包覆层对含碳负极材料的包覆和修饰使得负极材料的电化学性能得到大幅提升。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其涉及一种具有多孔碳包覆层的负极材料、其制备方法和锂离子电池。

背景技术

石墨作为当前市场上应用最广泛的锂离子电池负极材料之一，具有容量高、价格便宜、电压平台低等优点，但同时也存在与电解液相容性差、充放电循环过程中石墨层会剥离等缺点，需要对石墨进行改性才能提高其电化学性能。现有技术常见的方法包括氧化、包覆、掺杂其他元素、还原改性等方法改性石墨，例如CN108598478A公开了一种改性石墨制备方法及改性石墨，改性石墨制备方法包括：将天然球形石墨、包覆碳源和有机溶剂相混合，得到第一混合浆料。将第一混合浆料放入至湿法研磨机中，并对第一混合浆料进行搅拌，得到第二混合浆料。对第二混合浆料进行喷雾干燥，并得到第一生成物。对第一生成物进行碳化处理，得到第二生成物。对第二生成物进行研磨过筛，得到改性石墨。又如CN111244450A公开了一种改性天然石墨，其制备方法包括对所述天然石墨依次进行固型、各向同性处理、碳化处理、粉碎。

虽然上述方法能在不同程度上改变石墨的界面性质和电子状态，降低表面溶剂分解反应的活性，从而提高负极材料的脱锂容量，减小首次不可逆容量，延长寿命，提升电流充放电性能和循环性能等。但如何在成本允许的条件下使负极材料获得更优异的综合性能(例如制备出更好循环性能和充放电性能)仍具有非常重要的研究意义。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种具有多孔碳包覆层的负极材料、其制备方法和锂离子电池。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种具有多孔碳包覆层的负极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)将酚醛树脂分散到有机溶剂中，得到酚醛树脂溶液；

(2)采用步骤(1)所述酚醛树脂溶液进行还原乳化，然后冷冻干燥，得到改性酚醛树脂；

(3)对步骤(2)所述改性酚醛树脂进行造孔处理，得到多孔碳；

(4)采用步骤(1)所述酚醛树脂溶液和步骤(3)所述多孔碳，将多孔碳和含碳负极材料分散在酚醛树脂溶液中进行液相包覆，干燥，热处理，得到具有多孔碳包覆层的负极材料。

本发明的方法中，通过配制成酚醛树脂溶液并对其进行还原乳化和冷冻干燥，可以使得其具有相比于传统酚醛树脂不同的理化性质，分散性提高，经后续的造孔处理，得到的多孔碳具有大量的微孔和介孔，通过调整改性酚醛树脂与造孔剂的比例可以调节多孔碳中微孔和介孔的含量，采用该多孔碳与酚醛树脂溶液共同对含碳负极材料进行包覆经热处理后得到混合包覆层，该混合包覆层对含碳负极材料的包覆和修饰使得负极材料的电化学性能得到大幅提升。其技术原理主要有以下几个方面：第一、多孔碳和酚醛树脂溶液包覆后经热处理得到的混合碳包覆层能够在含碳负极材料中起到电子传输缓冲层的作用，因此提高了负极材料的循环性能和高倍率充放电性能；第二、该混合碳包覆层中具有微孔和介孔，微孔的含量最大，介孔次之，微孔提高了材料的比表面积，介孔有利于离子的传输，缩短离子的传输距离，从而提高电池的电化学性能。第三、该混合碳包覆层解决了电解液对负极材料的共嵌作用，提高其抗有机溶剂侵蚀能力，进一步提高负极材料的循环性能。

同时，本发明的制备方法成本低廉，工艺简单，适合于大规模的工业化生产。