[发明专利]一种负极材料及其制备方法、负极片和电池

说明书

本发明公开了一种负极材料及其制备方法、负极片和电池，该负极材料呈现核壳结构，内核为硼掺杂石墨，外壳是包括多孔氧化钛、无定形碳和导电剂。通过采用包括多孔氧化钛、无定形碳和导电剂的外壳包覆硼掺杂石墨，各组分相互配合，不仅显著提升了负极材料的离子/电子的传输速率，提高导电率，还能够提升由该负极材料形成的锂电池的锂离子的嵌出，降低电池不可逆容量的损失，提升电池的首次效率和倍率性能，尤其是多孔氧化钛的使用，还使得负极材料结构更加稳定，明显提升电池的循环性能。

技术领域

本发明涉及电池负极材料技术领域，具体涉及一种负极材料及其制备方法、负极片和电池。

背景技术

目前市场化的负极材料主要是以人造石墨为主，其理论比容量为372mAh/g，随着锂离子电池对能量密度要求的日益提高，开发高比容量的负极材料一直是锂离子电池领域的研究热点。硅基材料虽然具有高的比容量(理论容量3200mAh/g)，但是也存在体积膨胀率高，结构稳定性差的致命缺点，导师电池的倍率性能较差，难以满足快充体系对负极材料的需求，且成本较高。

通过掺杂包覆负极材料对其电化学性能具有一定的改善作用，负极材料掺杂包覆主要是在石墨的表面包覆无定形碳、导电剂等措施改善倍率性能，提升石墨化温度以提升负极材料的比容量，但是也存在首次效率降低，克容量降低的缺陷，影响其全电池正极材料的克容量发挥，进而影响电池的整体能量密度。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中采用的负极材料得到的锂电池能量密度与倍率不能兼顾的缺陷，即在提升电池的倍率性能的同时，能量密度也得到提升，从而提供一种负极材料及其制备方法。

本发明提供了一种负极材料，包括：

内核，所述内核包括硼掺杂石墨；

包覆于所述内核外的外壳，所述外壳包括多孔氧化钛、无定形碳和导电剂。

进一步地，所述多孔氧化钛的孔隙率为5-50％，平均孔径为10-500nm。本发明中的孔隙率和平均孔径通过氮吸附法测定，具体是通过氮吸附孔隙率测试仪JW-BK300C测得。

进一步地，所述内核与外壳的质量比为90-99:1-10。

进一步地，所述多孔氧化钛和无定形碳的质量比为1-10:88-98.5。优选地，所述多孔氧化钛和无定形碳的质量比为5-10:88-95。

进一步地，所述多孔氧化钛与导电剂的质量比为1-10:0.5-2。优选地，所述多孔氧化钛与导电剂的质量比为5-10:1-2。

进一步地，硼掺杂石墨中硼的掺杂比例为1-20wt％；

其中，硼的掺杂比例是指硼原子的质量占硼掺杂石墨总质量的百分比。

进一步地，所述导电剂选自碳纳米管、石墨烯和超级炭黑中的至少一种。超级炭黑全称超级导电炭黑(SP)，其是一款类炉黑法的导电炭黑，是由直径为40nm左右的原生粒子团聚成150-200nm的原生聚集体，再通过软团聚和人工压缩等后续加工成型。其中碳纳米管、石墨烯和超级炭黑均可选用本领域常规的碳纳米管、石墨烯和超级炭黑。

本发明还提供了一种负极材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)取多孔氧化钛、无定形碳的原料、导电剂与有机溶剂混合，制得包覆液；取石墨的原料、含硼化合物和粘结剂混合，加热，得到前驱体材料；

(2)将前驱体材料与包覆液混合，干燥，碳化，制得负极材料。

进一步地，所述制备方法还满足如下1)-8)中的至少一项：