[發明專利]一種鋰離子二次電池用負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202110369504.0
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN113113600A
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 王燕飛;陽柳;周桂民
• 申請（專利權）人: 常德速碳新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M10/0525;C01B32/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種鋰離子二次電池用負極材料及其制備方法，所述負極材料包括：多孔碳、結晶碳和無定形碳，其中，所述多孔碳由純度大于等于99％的糖類原料制備而成，所述結晶碳為天然石墨或人造石墨中的一種或者組合，所述無定形碳由熱分解原料制備而成，所述無定形碳至少部分地覆蓋所述多孔碳表面和填充所述多孔碳的內部。與現有技術相比，本發明優點在于：(1)本發明制備的負極材料，較高的首次可逆容量，大于370mAh/g，高于石墨負極的理論容量(372mAh/g)，且首次效率較高，大于88％，常見的多孔碳負極材料首次效率在80％以下；(2)本發明制備的負極材料中，具有優秀的動力學性能，且平臺電壓穩定，具有良好的循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，具體涉及一種鋰離子二次電池用負極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于具有良好的穩定性、高能量密度和無記憶效應等優點被廣泛應用于3C消費類、動力類和儲能類電池領域，目前商用的鋰離子電池負極材料主要以石墨負極為主，但石墨負極的理論比容量較低，僅為372mAh/g，而且大倍率持續充放電能力和低溫性能難以有效提高，因此，開發一種新型的比容量高、倍率性能優秀且低溫性能良好的鋰離子電池負極材料是當前研究的重要方向。

多孔碳材料具有較大的層間距，因而表現出優秀的倍率性能和低溫性能。用常規方法制備的多孔碳材料作為負極材料使用時，充放電電壓隨容量變化大，充放電曲線不平緩，且首次庫倫效率較低，不可逆鋰離損失大，還會導致電池的存儲性能惡化明顯，難以單獨作為一款負極材料使用。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供了一種鋰離子二次電池用負極材料，包括：多孔碳、結晶碳和無定形碳，其中，所述多孔碳由純度大于等于99％的糖類原料制備而成，所述結晶碳為天然石墨或人造石墨中的一種或者組合，所述無定形碳由熱分解原料制備而成，所述無定形碳至少部分地覆蓋所述多孔碳表面和填充所述多孔碳的內部。

優選地，所述糖類原料包括果糖、甘露糖、蔗糖、葡萄糖、半乳糖、半乳聚糖、氨基糖、核糖、脫氧核糖、淀粉、纖維素、多聚糖、果膠、戊糖、甘露糖、甘露聚糖、殼多糖、麥芽糖、阿拉伯膠、糖元、菊糖和幾丁質中的一種或多種。

優選地，所述熱分解原料包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丙酮、丁烷、丁烯、戊烷、己烷、聚氯乙烯樹脂、聚醚聚酯樹脂、聚酰胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、甲醛樹脂、聚甲醛、聚酰胺、聚砜、聚乙二醇、雙馬來酰亞胺、聚乙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯和聚丙烯腈中的一種或多種。

優選地，所述多孔碳的平均孔徑為0.1μm-3μm、孔隙率是5％-30％。

優選地，所述多孔碳為不規則形狀，其長徑比為1-4。

優選地，所述多孔碳的平均層間距大于等于0.36nm。

優選地，所述多孔碳的平均粒徑D50為3μm-10μm。

優選地，所述無定形碳的平均厚度為10nm-1000nm。

優選地，所述多孔碳的質量分數為10％-50％，所述結晶碳的質量分數為50％-90％。

本發明還提供了一種鋰離子二次電池用負極材料的制備方法，所述鋰離子二次電池用負極材料包括如上述中任一所述的鋰離子二次電池用負極材料，所述方法包括步驟：

準備糖類原料、熱分解原料和無定形碳；

在惰性氣體環境中對所述糖類原料進行4h的100℃-400℃的煅燒并得到第一燒后料；

對所述第一燒后料依次進行破碎、分級、篩分和除磁并得到第一多孔碳前驅體；

在惰性氣體環境中對所述第一多孔碳前驅體進行4h的1000℃-1600℃的煅燒并得到第二燒后料；