本發(fā)明涉及鋰電池，具體涉及一種鋰離子電池負極材料及其制備方法、鋰離子電池負極極片以及鋰離子電池。

背景技術：

1、21世紀以來，煤炭、石油等化石能源日益減少，且大量化石能源的使用導致溫室效應等環(huán)境問題日益突出，發(fā)展新能源行業(yè)是大勢所趨。其中，鋰離子電池具有能量密度高、安全環(huán)保等優(yōu)點，在電動汽車以及儲能領域都有廣闊的發(fā)展前景。

2、鋰離子電池負極通常為鱗片石墨，其具有高導電性以及穩(wěn)定性，在鋰離子電池領域占據了絕大部分市場，然而由于石墨負極層間距小、儲鈉位點不足導致其比容量較低，且大功率性能較差，難以滿足未來新能源行業(yè)對高能量密度、長循環(huán)性能、優(yōu)異倍率性能的要求。

3、硬碳負極通常通過生物質前驅體、瀝青、樹脂等材料在高溫惰性氣氛下脫氫脫氧碳化得到，其儲鋰位點多，且倍率性能優(yōu)異，是一種非常有前景的鋰離子電池負極材料，但由于其石墨化程度不高，缺陷多，與電解液副反應多，導致庫倫效率低，循環(huán)性能較差。

4、cn116477615a公開了一種高倍率石墨負極材料及其制備方法，該方法包括以下步驟：球化：將天然鱗片石墨進行球化處理，制成粒度為d50＝5-10μm的球形石墨；造粒：將所述球形石墨和碳源混合攪拌，進行表面包覆，制得包覆物；炭化：將包覆物升溫至1200-1350℃，炭化5.5-6h，制得負極材料；所述碳源和球形石墨的質量比為0.1-0.15:1，碳源為瀝青和硬碳樹脂的混合物或改性瀝青。其中的高倍率石墨負極材料具有碳源在石墨上包覆均勻，負極材料的倍率高，放電容量、循環(huán)性能優(yōu)異的優(yōu)點。但是該方法首先將鱗片石墨球形化，然后通過經過多步高溫炭化過程將碳源包覆在石墨顆粒表面，形成熱解炭層包覆在石墨表面，得到石墨負極材料，制備工藝流程長，能耗相對較高，且制得的石墨負極材料結構為熱解炭層包覆在石墨表面，首次放電容量較小。

5、因此，亟需開發(fā)一種鋰離子電池負極材料及其制備方法、鋰離子電池負極極片以及鋰離子電池，使得鋰離子電池在容量、首周庫倫效率和倍率性能等方面表現(xiàn)優(yōu)異。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術存在的鋰電池負極材料低容量和庫倫效率、倍率性能差的問題，提供一種鋰離子電池負極材料及其制備方法、鋰離子電池負極極片以及鋰離子電池。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種鋰離子電池負極材料，其中，所述負極材料包括：具有晶態(tài)結構的碳-ⅰ和具有非晶態(tài)結構的碳-ⅱ；

3、其中，所述碳-ⅰ與碳-ⅱ的重量比為1:(0.6-20)；

4、所述負極材料中，所述碳-ⅱ的石墨化度為1-2。

5、本發(fā)明第二方面提供一種鋰離子電池負極材料的制備方法，其中，所述制備方法包括：

6、將鱗片石墨與硬碳前驅體經球磨后進行碳化，得到負極材料；

7、其中，所述鱗片石墨與硬碳前驅體的質量比為1:(3-100)。

8、本發(fā)明第三方面提供一種由上述制備方法制得的負極材料。

9、本發(fā)明第四方面提供一種鋰離子電池負極極片，所述鋰離子電池負極極片包括上述負極材料。

10、本發(fā)明第五方面提供一種鋰離子電池，所述鋰離子電池包括上述鋰離子電池負極極片。

11、通過上述技術方案，本發(fā)明提供的技術方案獲得以下有益的效果：

12、(1)本發(fā)明提供的負極材料包括：具有晶態(tài)結構的碳-ⅰ和具有非晶態(tài)結構的碳-ⅱ，由于長程有序的碳-ⅰ與短程有序的碳-ⅱ的復合，并通過控制碳-ⅰ與碳-ⅱ的重量比及碳-ⅱ的石墨化度，有利于提高鋰離子擴散速率，且鱗片石墨的存在提高了硬碳前驅體高溫碳化過程中的結晶程度，并使碳-ⅰ均勻分布在碳-ⅱ之間，減少了碳-ⅱ表面上的缺陷位點，使得包含該負極材料的鋰離子電池具有優(yōu)異的容量、首周庫倫效率和倍率性能。

13、2)本發(fā)明提供的負極材料的制備方法，通過控制鱗片石墨與硬碳前驅體的用量，從而影響負極材料的結構與性能。該制備方法簡單安全，成本低，且具有很好的連續(xù)性，適合大批量生產。

技術特征：

1.一種鋰離子電池負極材料，其特征在于，所述負極材料包括：具有晶態(tài)結構的碳-ⅰ和具有非晶態(tài)結構的碳-ⅱ；

2.根據權利要求1所述的負極材料，其中，所述負極材料的xrd譜圖中，2θ為26.4°和54.6°的衍射峰的半峰寬在0.1°-0.5°。

3.根據權利要求1或2所述的負極材料，其中，所述負極材料的xrd譜圖中，2θ為22°-25°和42°-44°的衍射峰的半峰寬在0.8°-5°。

4.一種鋰離子電池負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

5.根據權利要求4所述的制備方法，其中，所述鱗片石墨與硬碳前驅體的質量比為1:(5-50)。

6.根據權利要求4或5所述的制備方法，其中，所述硬碳前驅體選自纖維素、木質素、淀粉、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈和殼聚糖中的至少一種。

7.根據權利要求4-6中任意一項所述的制備方法，其中，所述球磨的條件包括：球磨用球的直徑為5-10mm，優(yōu)選為6-8mm；球料質量比為(1-20):1，優(yōu)選為(5-10):1；球磨的轉速為50-800rpm，優(yōu)選為100-500rpm；時間為0.5-5h，優(yōu)選為1-3h；

8.由權利要求4-7中任意一項所述的制備方法制得的負極材料。

9.一種鋰離子電池負極極片，其特征在于，所述鋰離子電池負極極片包括上述權利要求1-3和8中任意一項所述的負極材料。

10.一種鋰離子電池，其特征在于，所述鋰離子電池包括權利要求9所述的鋰離子電池負極極片。

技術總結
本發(fā)明涉及鋰電池技術領域，公開了一種鋰離子電池負極材料及其制備方法、鋰離子電池負極極片以及鋰離子電池。負極材料包括：具有晶態(tài)結構的碳?Ⅰ和具有非晶態(tài)結構的碳?Ⅱ；其中，所述碳?Ⅰ與碳?Ⅱ的重量比為1:(0.6?20)；所述負極材料中，所述碳?Ⅱ的石墨化度為1?2。具有晶態(tài)結構的碳?Ⅰ和具有非晶態(tài)結構的碳?Ⅱ，由于長程有序的碳?Ⅰ與短程有序的碳?Ⅱ的復合，并通過控制碳?Ⅰ與碳?Ⅱ的重量比及碳?Ⅱ的石墨化度，有利于提高鋰離子擴散速率，且鱗片石墨的存在提高了硬碳前驅體高溫碳化過程中的結晶程度，并使碳?Ⅰ均勻分布在碳?Ⅱ之間，減少了碳?Ⅱ表面上的缺陷位點，使得包含該負極材料的鋰離子電池具有優(yōu)異的性能。

技術研發(fā)人員：李寧,陳勝,吳鋒,蘇岳鋒,閆文剛,馬思遠,董宇,陳來,黃擎,劉偲,馮仁超,何繼壯
受保護的技術使用者：北京理工大學重慶創(chuàng)新中心
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23