[發明專利]一種高功率型鋰離子電池用碳負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610141999.0
• 申請日: 2016-03-11
• 公開（公告）號: CN105552374B
• 公開（公告）日: 2018-10-30
• 發明（設計）人: 劉昊;劉國標;劉煥明;梅軍
• 申請（專利權）人: 中物院成都科學技術發展中心
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 謝殿武

本發明公開了一種高功率型鋰離子電池用碳負極材料，所述碳負極材料經Li₂B₄O₇改性形成質量比為碳負極材料：Li₂B₄O₇＝80:20～99.5:0.5的復合物；采用廉價的Li₂B₄O₇對碳負極材料表面進行改性，大幅度的降低成本，經Li₂B₄O₇改性的碳負極材料在充放電循環過程有利于形成鋰離子電導率高的SEI膜，有利于大幅度提升碳負極材料的倍率性能，且所采用的改性物質Li₂B₄O₇具有價格低廉、無毒及容易存儲的優點。

技術領域

本發明涉及鋰離子二次電池負極材料領域，具體涉及一種高功率型鋰離子電池用碳負極材料及其制備方法。

背景技術

由于具有充放電平臺低、循環容量高及價格相對較低等優點，在鋰離子電池實用化階段，石墨碳材料作為鋰離子電池負極材料已經實現商業化。長期以來以石墨碳材料為負極的鋰離子電池基本上用于對電流密度要求較低的電子產品的電源，石墨碳材料的倍率性能差的缺點在實際應用中被忽略。近年來，隨著環保意識在全球范圍內獲得提升，各國政府加大新能源汽車技術研發的支持，為以石墨碳材料為負極的鋰離子電池開辟新的應用領域，目前，以石墨碳材料為負極的鋰離子電池已經成功應用在插電式混合動力汽車及純電動汽車，但是，進一步推廣以鋰離子電池為動力源純電動汽車，需要在維持或進一步提高鋰離子電池的質量比能量和循環性能的基礎上大幅度提高鋰離子電池的質量比功率，從而，解決電動汽車的充電時間過長的問題。綜合考慮現有鋰離子電池設計技術與材料制備技術的發展水平以及實用性，提高石墨碳負極材料的倍率性能為提升鋰離子電池的質量比功率的最佳途徑。現有研究表明通過改變石墨碳負極材料顆粒表面性質在碳負極顆粒表面生成有利于Li⁺脫-嵌的固體電解質界面(SEI)膜，即鋰離子電導率高的SEI膜，進而可以提升碳負極材料的倍率性能。例如：文獻(Int.J.Electrochem.Sci.2013,8:1308–1315)報道了采用B₂O₃為表面改性物質，改性后的碳負極材料的倍率性能得到提高；文獻(Carbon.2015,94:432–438)報道了采用無定性碳為表面改性物質，改性后的碳負極材料的倍率性能同樣得到提高。進一步研究表明：SEI膜的物化性能與碳負極顆粒表面的物化性能息息相關，而且，化學性質穩定的表面改性物質在充放電循環過程中成為SEI膜的一部分，影響SEI膜的鋰離子電導率，進而影響碳負極材料的倍率性能。因此，采用鋰離子電導率高且化學性質穩定的鋰離子導體能夠大幅度提高碳負極材料的倍率性能。例如：文獻(Adv.Mater.2015,27:130–137)報道了采用高鋰離子電導率的有機物(C₁₄H₂₂O(C₂H₄O)n，n＝9–10)為表面改性物質，改性后的碳負極材料的倍率性能得到大幅度提高。但是，采用高鋰離子電導率有機物作為表面改性物質存在成本高問題，不能滿足動力型鋰離子電池低成本化的要求。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種高功率型鋰離子電池用碳負極材料及其制備方法，在大幅度提升碳負極材料的倍率性能的同時又降低成本。

本發明的高功率型鋰離子電池用碳負極材料，所述碳負極材料經Li₂B₄O₇改性形成質量比為碳負極材料：Li₂B₄O₇＝80:20～99.5:0.5的復合物；通過碳負極材料的倍率性能

進一步，所述碳負極材料與Li₂B₄O₇質量比為90:10～99:1；