一种锂离子电池复合负极材料及制备方法和锂离子电池技术

本发明专利技术公开一种锂离子电池复合负极材料及制备方法和锂离子电池，涉及锂离子电池领域，所述锂离子电池复合负极材料包括石墨复合结构以及硬炭；所述硬炭填充于相邻所述石墨复合结构的间隙；所述石墨复合结构包括骨架、包覆层以及粘结层；所述包覆层包覆于所述骨架的外部；所述粘结层位于所述骨架与所述包覆层之间；其中所述骨架为天然石墨；所述包覆层以及所述粘结层均为软炭。本发明专利技术提供的锂离子电池复合负极材料，通过该多结构复合负极材料各成分之间的协同作用，使得该复合负极材料具有脱嵌锂膨胀小、能量密度高、充放电速度快的特性，满足锂离子电池对高能量密度、高倍率性能以及高首次效率的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池复合负极材料及制备方法和锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种锂离子电池复合负极材料及制备方法和锂离子电池。
技术介绍
锂离子电池具有比容量高、工作电压高、安全性好、寿命长、无记忆效应等一系列优点，广泛应用于计算机、通信、消费类电子产品以及动力装置和储能设备领域。近年来，随着电子产品及车载与储能设备对小型化、轻量化及多功能、长时间驱动化的要求不断提高，对锂离子电池性能的要求也不断提升。负极材料作为电池核心部件之一，对锂离子电池综合性能的提升起到关键作用。目前锂离子电池的负极材料以石墨类碳材料占主导地位，其中天然石墨因具有较高的充放电容量、良好的充放电平台、来源丰富、成本低廉等优点而具有广泛的应用前景，但是天然石墨材料为各相异性结构，由天然石墨制备的锂离子电池负极材料在极片涂布辊压过程中，天然石墨颗粒容易形成平行集流体的定向排列电极结构，在整个电极上产生一致的取向，在锂离子电池的充放电循环过程中，石墨层形变显著，使得负极材料脱嵌锂膨胀大，能量密度低。鉴于上述缺陷，本专利技术创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本专利技术。
技术实现思路
为解决上述技术缺陷，本专利技术采用的技术方案在于，提供一种锂离子电池复合负极材料，所述锂离子电池复合负极材料包括石墨复合结构以及硬碳；所述硬碳填充于相邻所述石墨复合结构的间隙；所述石墨复合结构包括骨架、包覆层以及粘结层；所述包覆层包覆于所述骨架的外部；所述粘结层位于所述骨架与所述包覆层之间；其中所述骨架为天然石墨；所述包覆层以及所述粘结层均为软碳。本专利技术的另一目的在于提供一种锂离子电池复合负极材料的制备方法，用于制备上述的锂离子电池复合负极材料，包括：S1：将天然石墨、沥青、植物系高分子材料混合均匀，得到混合原料；S2：将所述混合原料置于带有搅拌装置的第一加热炉中，于惰性气氛、100℃～900℃温度下对所述混合原料进行第一次碳化处理，得到粉末A；S3：将所述粉末A置于第二加热炉中，于惰性气氛、900℃～1400℃温度下对所述粉末A进行第二次碳化处理，得到粉末B；S4：将所述粉末B置于第三加热炉中，于惰性气氛、2800℃～3000℃温度下对所述粉末B进行石墨化处理，得到锂离子电池复合负极材料。可选地，所述天然石墨、所述沥青、所述植物系高分子材料的质量比范围为100：(10～30)：(20～40)。可选地，所述天然石墨为鳞片状；所述鳞片状天然石墨的粒径范围为1～15μm。可选地，所述沥青为高软化点沥青；所述高软化点沥青包括煤沥青、石油沥青、中间相沥青中的至少一种；所述高软化点沥青的粒径范围为1～30μm；所述植物系高分子材料包括包括蔗糖、纤维素、淀粉中的至少一种；所述植物系高分子材料的粒径范围为1～30μm。可选地，所述于惰性气氛、100℃～900℃温度下对所述混合原料进行第一次碳化处理包括：于惰性气氛下，以1～10℃/min的升温速率升温至100℃～900℃对所述混合原料进行第一次碳化处理10～20h。可选地，所述于惰性气氛、900℃～1400℃温度下对所述粉末A进行第二次碳化处理包括：于惰性气氛下，以1～10℃/min的升温速率升温至900℃～1400℃对所述粉末A进行第二次碳化处理10～20h。可选地，所述于惰性气氛、2800℃～3000℃温度下对所述粉末B进行石墨化处理包括：于惰性气氛下，以1～10℃/min的升温速率升温至2800℃～3000℃对所述粉末B进行石墨化处理10～20h。可选地，所述惰性气氛包括氮气气氛、氩气气氛、氦气气氛中的至少一种。本专利技术的另一目的在于提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括上述的锂离子电池复合负极材料。与现有技术比较本专利技术的有益效果在于：1，本专利技术提供的锂离子电池复合负极材料，通过以天然石墨作骨架，以软碳为粘结剂和包覆层形成石墨复合结构，并在相邻石墨复合结构的间隙填充硬碳，得到具有三维立体网络状的多结构复合负极材料，通过该多结构复合负极材料各成分之间的协同作用，使得该复合负极材料具有脱嵌锂膨胀小、能量密度高、充放电速度快的特性，满足锂离子电池对高能量密度、高倍率性能以及高首次效率的需求；2，本专利技术提供的锂离子电池复合负极材料的制备方法，以天然石墨、沥青以及植物系高分子材料为原料，经碳化处理以及石墨化处理，生成具有多结构的复合负极材料，原料来源广泛，成本低廉，制备方法简单，制得的锂离子电池复合负极材料具有脱嵌锂膨胀小、能量密度高、充放电速度快的特性，满足锂离子电池对高能量密度、高倍率性能以及高首次效率的需求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术各实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。图1是本专利技术锂离子电池复合负极材料制备方法的流程简图；图2是本专利技术锂离子电池复合负极材料的电镜扫描图；图3是本专利技术锂离子电池复合负极材料的循环寿命曲线图。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。天然石墨一般为鳞片状或条状结构，具有各相异性的特点；用具有各相异性特点的天然石墨颗粒制备的负极材料，在极片涂布辊压过程中，天然石墨颗粒容易形成平行集流体的定向排列电极结构，在整个电极上产生一致的取向，由于锂离子电池的充放电循环过程中存在插入锂，石墨层形变显著，使得负极材料脱嵌锂膨胀大，导致负极材料能量密度低，从而导致锂离子电池能量密度低。为解决天然石墨负极材料脱嵌锂膨胀大，能量密度低的问题，本专利技术提供一种锂离子电池复合负极材料，参见图2所示，该锂离子电池复合负极材料包括石墨复合结构以及硬碳；其中硬碳填充于相邻石墨复合结构的间隙；该石墨复合结构包括骨架、包覆层以及粘结层；包覆层包覆于骨架的外部；粘结层位于骨架与包覆层之间，用于对包覆层以及骨架进行粘结；骨架为天然石墨；包覆层以及粘结层均为软碳。利用具有较高的充放电容量的天然石墨做骨架，利用软碳与天然石墨之间的黏着力较强的特性，以软碳作粘结层和包覆层，在该骨架的外部包覆一层具有较高倍率性能的软碳形成石墨复合结构，在保证负极材料具有较高的充放电容量、较高倍率性能的基础上，通过包覆于外部的软碳材料来避免因天然石墨的各相异性结构而导致的负极材料在整个电极上产生一致的取向，从而避免在锂离子电池的充放电循环过程中石墨层形变显著，使得该复合负极材料脱嵌锂膨胀小，材料能量密度高，满足动力锂离子电池对负极材料高能量密度的需求。此外，由于软碳材料与天然石墨之间黏着性能好，不易脱落，且软碳材料包覆层能够降低该复合负极材料的比表面积，从而在提高了该复合负极材料的可加工性能得同时，提高了复合负极材料的可逆嵌锂容量，减小了充放电过程中活性锂的损失，从而能够满足锂离子电池对高首次效率以及循环性能的需求。为进一步增加锂离子电池复合负极材料的能量密度，本专利技术提供的复合负极材料还包括填充于相邻石墨复合结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池复合负极材料，其特征在于，所述锂离子电池复合负极材料包括石墨复合结构以及硬碳；/n所述硬碳填充于相邻所述石墨复合结构的间隙；/n所述石墨复合结构包括骨架、包覆层以及粘结层；/n所述包覆层包覆于所述骨架的外部；/n所述粘结层位于所述骨架与所述包覆层之间；/n其中所述骨架为天然石墨；/n所述包覆层以及所述粘结层均为软碳。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池复合负极材料，其特征在于，所述锂离子电池复合负极材料包括石墨复合结构以及硬碳；
所述硬碳填充于相邻所述石墨复合结构的间隙；
所述石墨复合结构包括骨架、包覆层以及粘结层；
所述包覆层包覆于所述骨架的外部；
所述粘结层位于所述骨架与所述包覆层之间；
其中所述骨架为天然石墨；
所述包覆层以及所述粘结层均为软碳。


2.一种锂离子电池复合负极材料的制备方法，用于制备如权利要求1所述的锂离子电池复合负极材料，其特征在于，包括：
S1：将天然石墨、沥青、植物系高分子材料混合均匀，得到混合原料；
S2：将所述混合原料置于带有搅拌装置的第一加热炉中，于惰性气氛、100℃-900℃温度下对所述混合原料进行第一次碳化处理，得到粉末A；
S3：将所述粉末A置于第二加热炉中，于惰性气氛、900℃～1400℃温度下对所述粉末A进行第二次碳化处理，得到粉末B；
S4：将所述粉末B置于第三加热炉中，于惰性气氛、2800℃～3000℃温度下对所述粉末B进行石墨化处理，得到锂离子电池复合负极材料。


3.如权利要求2所述的锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述天然石墨、所述沥青、所述植物系高分子材料的质量比范围为100：(10～30)：(20～40)。


4.如权利要求2所述的锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述天然石墨为鳞片状；所述鳞片状天然石墨的粒径范围为1～15μm。


5.如权利要求2所述的锂离子电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：四川佰思格新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51