本发明涉及锂离子电池
技术领域：
，具体地说是一种高性能锂离子电池炭负极材料及其制备方法。
背景技术：
：锂离子电池自1991年商业化以来，因其高能量密度、长循环寿命、高工作电压、良好的倍率充放性能等优点而广泛运用于消费电子领域，同时，近年来也成为了电动汽车等领域的首选电池体系。随着电动汽车领域的持续发展，市场应用问题也日益凸显，特别是安全问题备受市场关注。锂离子电池的安全性问题主要源于两个方面：一是锂离子电池负极材料嵌锂时电压平台在0.01～0.2v(vsli+/li)，如果li+在材料表面富集，容易形成锂枝晶刺穿隔膜，造成电池内部短路发生热失控，电池内部温度升高，引起负极材料与电解液的剧烈反应达到嵌锂态负极的燃点而起火或爆炸；二是锂离子正极材料在高电压下与电解液剧烈反应，进而释放热量和氧气，引发更多放热反应而起火或爆炸。为解决锂离子电池的安全性能，研究人员的工作涉及锂离子电池的各组成部分，但对负极材料本身安全性能提高的工作并不多。专利cn106486651a采用硅粉与石墨混合物机械球磨，后在有机体系溶剂与沥青包覆热处理、干燥、冷却制得负极极片，在该负极极片上涂覆偏铝酸锂浆料干燥形成极片涂层。该方法着力于改善锂电池的传导速度，抑制锂枝晶的生成，但整体工艺较为复杂，成本较高，安全性提高有限。技术实现要素：本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种能实现快充又能最大限度地提高锂离子电池安全性能的负极材料且工艺简单。为实现上述目的，设计一种高性能锂离子电池炭负极材料，其特征在于：包括炭层及包覆在炭层外的无机陶瓷层，或者包括炭与无机陶瓷混合而成的混合层。所述的无机陶瓷为al、si或mg元素中的一种或一种以上的氧化物陶瓷。所述的炭为硬炭或软炭中的一种或一种以上。一种高性能锂离子电池炭负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a、在水中加入表面活性剂，所述的表面活性剂与水溶剂的重量比为：1～20∶100，充分搅拌溶解得表面活性剂溶液；b、在表面活性剂溶液中投入石墨粉或焦炭微粉，表面活性剂溶液与石墨或焦炭微粉的重量比为500～2000∶100，超声分散0.5～5h，得悬浮液；c、在机械搅拌的同时，向悬浮液中加入无机盐溶液；d、喷雾干燥，得干燥的粉末；e、将干燥的粉末以300℃～1300℃真空热处理5～15h，降温出料即得所述高性能锂离子电池炭负极材料；所述的表面活性剂的亲水基团为羧酸盐、磺酸盐或硫酸盐中的一种或一种以上，憎水基团为碳原子数20以上的含一个或一个以上苯环的烃链；所述的无机盐溶液为al的氯化物、含al的铵盐溶液、mg的氯化物、含mg的铵盐溶液、铝酸盐溶液或硅酸盐溶液中的一种或一种以上。所述的铝酸盐为铝酸钠、铝酸钾、铝酸锂；所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾。所述的无机盐溶液采用浓度为1～20wt％的无机盐溶液；所述的无机盐溶液与悬浮液的重量比为：1～50∶100。所述的石墨微粉为人造石墨、天然石墨、中间相炭微球中的一种或一种以上。所述的焦炭微粉为炭化的石油焦、煤沥青焦、中间相微球中的一种或一种以上。所述的喷雾干燥的温度为200℃～400℃。所述的真空热处理的真空度≥0.01mpa。本发明同现有技术相比，材料中的炭/无机陶瓷层可以同时达到双重效果，其中炭层能增加在充放过程中锂离子的扩散通道，大倍率充电时锂离子快速向颗粒内部扩散，避免在颗粒表面锂离子的富集，同时达到快充效果；而无机陶瓷层可以与电解液中的hf、h2o等有害组分及时反应，增加电解液与负极表面的稳定性，同时可以有效隔热，提高耐热性，达到安全性能提高的效果；制备工艺是在水溶剂体系中进行的，原料来源广泛，工艺简单、经济环保。具体实施方式现结合实施例对本发明作进一步地说明。显然，以下所描述的实施例仅是本发明中的一部分，实施例不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域的技术人员在没有做出创造性成果的前提下的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。实施例1在搅拌作用下将10g十六烷基苯羧酸钠加入100g水中，充分溶解后加入粒径d5010.0um的人造石墨微粉10g，超声分散30min，在机械搅拌的同时，加入浓度为5wt％的alcl3溶液10g，然后将该悬浮液在200℃下喷雾干燥，干燥粉末于0.01mpa真空度下1000℃热处理10h，降温出料制得高性能锂离子电池炭负极材料。实施例2在搅拌作用下将20g十六烷基苯磺酸钠加入100g水中，充分溶解后加入粒径d5010.0um的人造石墨微粉10g，超声分散30min，在机械搅拌的同时，加入浓度20wt％的alcl3溶液10g，然后将该悬浮液在200℃下喷雾干燥，干燥粉末于0.01mpa真空度下1300℃热处理5h，降温出料制得高性能锂离子电池炭负极材料。实施例3在搅拌作用下将5g十六烷基苯硫酸钠加入100g水中，充分溶解后加入粒径d5010.0um的人造石墨微粉20g，超声分散4h，在机械搅拌的同时，加入浓度10wt％的alcl3溶液10g，然后将该悬浮液在400℃下喷雾干燥，干燥粉末于0.01mpa真空度下600℃热处理15h，降温出料制得高性能锂离子电池炭负极材料。实施例4在搅拌作用下将5g十六烷基苯磺酸钠加入100g水中，充分溶解后加入粒径d5010.0um的人造石墨微粉10g，超声分散2h，在机械搅拌的同时，加入浓度10wt％mgcl2溶液30g，然后将该悬浮液在400℃下喷雾干燥，干燥粉末于0.01mpa真空度下1000℃热处理5h，降温出料制得高性能锂离子电池炭负极材料。实施例5在搅拌作用下将10g二十烷基苯羧酸钠加入100g水中，充分溶解后加入粒径d5010.0um的天然石墨微粉10g，超声分散1h，在机械搅拌的同时，加入浓度5wt％铝酸钠溶液30g，然后将该悬浮液在200℃下喷雾干燥，干燥粉末于0.01mpa真空度下1000℃热处理5h，降温出料制得高性能锂离子电池炭负极材料。实施例6在搅拌作用下将10g二十烷基苯羧酸钠加入100g水中，充分溶解后加入粒径d5010.0um的炭化石油焦微粉15g，超声分散1h，在机械搅拌的同时，加入浓度5wt％的硅酸钠溶液50g，然后将该悬浮液在200℃下喷雾干燥，干燥粉末于0.01mpa真空度下1300℃热处理5h，降温出料制得高性能锂离子电池炭负极材料。效果实施例(1)对实施例1～2制得的高性能锂离子电池炭负极材料和实施例中使用的人造石墨微粉进行粉末指标测试，指标列于表1。表1(2)采用全电池测试方法对本发明实施例的高性能锂离子电池炭负极材料进行充电倍率性能测试和安全性能测试。全电池测试方法为：以本发明实施例的高性能锂离子电池炭负极材料为负极，以4.35v钴酸锂正极材料为正极，1mlipf6+ec∶dmc∶emc＝1∶1∶1(体积比)溶液为电解液。按照软包卷绕式锂离子电池基本工艺制作锂离子电池，电池设计容量800mah。对比测试本发明实施例中所用的人造石墨微粉。其中，充电倍率性能测试为：常温下，0.2c/0.5c/1c/2.0c/3.0c恒流充电至4.35v，4.35v恒压充电至截止电流0.02c，静置15min，0.5c放电至3.2v，以0.2c/0.5c充放电方式的放电容量作为比较基准，测试结果见表2。安全性能测试为：重物冲击、热冲击、短路测试，测试条件参考国家锂离子电池标准gb/t18287-2000。测试结果见表3。表2实施例0.2c(mah)0.5c(％)1.0c(％)2.0c(％)3.0c(％)1810.299.899.190.576.32812.399.899.391.280.93815.399.899.190.678.24810.299.899.292.180.55809.399.899.190.879.26800.599.999.595.685.5人造石墨微粉810.599.698.285.764.7天然石墨微粉808.299.297.484.363.3炭化石油焦微粉801.699.998.791.273.2表3当前第1页12