[发明专利]一种锂离子电池负极材料、其制备方法及锂离子电池

说明书

本发明公开了属于锂离子电池的技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料、其制备方法及锂离子电池，锂离子电池负极材料为石墨烯和石墨炔改性石墨，石墨烯和石墨炔包覆于石墨颗粒的表面，石墨烯占改性石墨的质量百分数为0.1‑1％；石墨炔占改性石墨的质量百分数为0.05‑0.5％。该锂离子电池负极材料在提升快充性能的同时，还可以有效提升电池的安全性能。

技术领域

本发明属于锂离子电池的技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料、其制备方法及锂离子电池。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

锂离子电池为可充电式电池，其由正极、负极、隔膜、电解液四大主材和其他辅材组成。其中，石墨是目前商业化的锂离子电池的主要负极材料。随着近年电动汽车的迅速增长，伴随着续航焦虑，“充电难、充电慢”的新问题日益突出。由于锂离子电池的整体能量密度不能无限提升，所以只能通过提升充电速度来缓解上述问题，快充石墨负极材料的需求也随之爆发式增长。

由于C原子的SP2杂化，石墨呈现层状结构，锂离子只能从石墨层的边缘嵌脱，无法从垂直石墨层的方向进出，这是影响石墨快充的根本原因。此外，在快充时，电化学极化增大，锂离子如若来不及扩散进入石墨层间时，会在负极电极表面还原成金属锂，其枝晶结构极易刺穿隔膜，从而造成电池内部短路，导致安全事故；更为关键的是，快充时，由于大电流的缘故，导致电池快速升温，一方面可能导致温升无法匹配系统的温度阈值，同时也可能导致电池的快速老化，带来性能降低及增大安全风险等问题。

业界通常采用颗粒结构设计和表面改性的方法来实现石墨的快充：如，将石油焦/沥青焦和沥青混合-捏合-高温石墨化处理之后得到二次颗粒结构的人造石墨材料；如，将金属和/或金属化合物负载在石墨上，将负载有催化剂的石墨与反应气进行反应，得到具有多孔结构的石墨负极材料；如，将石墨与改性剂混合造粒-石墨化-包覆，得到类球形快充石墨负极材料。

发明人发现，以上技术通过结构改性或表面包覆，仅仅优化了锂离子的嵌入/脱出空间，但其在快速充电下的温升及安全问题，并没有实质性的改善。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种锂离子电池负极材料、其制备方法及锂离子电池，该锂离子电池负极材料在提升快充性能的同时，还可以有效提升电池的安全性能。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供一种锂离子电池负极材料，为石墨烯和石墨炔改性石墨，石墨烯和石墨炔包覆于石墨颗粒的表面，石墨烯占改性石墨的质量百分数为0.1-1％；石墨炔占改性石墨的质量百分数为0.05-0.5％。

第二方面，本发明提供所述锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

将石墨烯与石墨按比例混合均匀后，对混合粉体进行机械融合加工，使石墨烯解聚后包覆于石墨基底上，得到负载有石墨烯的石墨复合粉体；

将负载有石墨烯的石墨复合粉体与石墨炔按比例混合均匀后，进行机械融合，将石墨炔解聚后包覆于石墨基底上，即得负极材料；

机械融合机的转速为100-1800rpm，刀具间隙宽度为0.1-0.5cm，融合时间0.5-2h。

第三方面，本发明提供一种锂离子电池，其负极材料为所述锂离子电池负极材料。

上述本发明的一种或多种实施例取得的有益效果如下：

首先，石墨炔的超大层间距(0.365nm)及平面的多碳原子组成的共轭大π键体系，可以显著降低锂离子界面去溶剂化界面能阈值，并且快速有效地提供更多的Li离子嵌脱位，提升快充性能的同时，降低析锂风险；其次，石墨烯的超高导电能力，可以有效提升电子传输速率，加快电化学反应速率，提升快充性能。