锂离子电池负极活性材料、锂离子电池负极、锂离子电池、电池组及电池动力车制造技术

本发明专利技术涉及锂离子电池用负极碳材料领域，具体涉及一种锂离子电池负极活性材料、锂离子电池负极、锂离子电池、电池组及电池动力车。其中锂离子电池负极碳微粒通过N2吸脱附测得的孔结构中，以孔径在2‑200nm之间的BJH测得孔体积总量为基准，孔径在2‑10nm之间的孔体积之和为5‑10％、孔径在10‑100nm之间的孔体积占比50‑65％、孔径在100‑200nm之间的孔体积占比30‑40％；所述碳微粒的BET比表面积为1‑4m

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池负极活性材料、锂离子电池负极、锂离子电池、电池组及电池动力车
本专利技术涉及锂离子电池用负极碳材料领域，具体涉及一种锂离子电池负极活性材料、锂离子电池负极、锂离子电池、电池组及电池动力车。
技术介绍
锂离子电池具有较高的理论比容量、较长的循环寿命和安全性高等优点，是近年来新能源研究的热点。锂离子电池在充放电的过程中，Li+在正极和负极之间往返嵌入和脱嵌。因此，负极材料的选择对锂离子电池的容量起着至关重要的作用。目前锂离子的负极材料主要选择碳材料、硅材料以及金属或者合金材料，碳材料原料易得、理论容量高，并且可以提供足够的储锂空间，目前商业化的锂离子电池优选采用碳材料作为锂离子电池的负极。锂离子电池负极的碳材料通常选择天然石墨、人造石墨、中间相碳微球、石油焦等。天然石墨的比表面积较大，脱锂电位较低，其首次不可逆容量较大，容易产生副反应。通常采用包覆、整形或者石墨化处理，提高碳材料的球形度。目前，锂离子电池用的负极材料主要是提高石墨粒子的球形度和规整性，采用这些方法制得的碳材料虽然可以锂离子电池充放电初期会有容量的提高，但提高倍率后，其放电容量会相应降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种锂离子电池负极活性材料、锂离子电池负极、锂离子电池、电池组及电池动力车，该电池负极活性材料具有丰富的孔隙结构，将其用于锂离子电池可大幅提高锂离子电池的放电容量和倍率性能，同时还有助于提高锂离子电池的低温性能。为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种锂离子电池负极碳微粒，其中，该碳微粒通过N2吸脱附测得的孔结构中，以孔径在2-200nm之间的BJH测得孔体积总量为基准，孔径在2-10nm之间的孔体积之和为5-10体积％、孔径在10-100nm之间的孔体积占比50-65％、孔径在100-200nm之间的孔体积占比30-40％；所述碳微粒的BET比表面积为1-4m2/g。本专利技术第二方面提供一种锂离子电池负极碳微粒的制备方法，其中，所述制备方法包括将碳源依次经过机械粉碎、化学提纯、碳化和石墨化制得碳微粒。本专利技术第三方面提供一种锂离子电池负极，包括第一方面所述的锂离子电池负极碳微粒。本专利技术第四方面提供一种锂离子电池，包括第三方面所述的锂离子电池负极、正极和电解液，正极和负极采用隔膜隔开，正极、负极和隔膜浸润在电解液中。本专利技术第五方面提供一种电池组，由一个或者多个第四方面所述的锂离子电池串联和/或并联组成。本专利技术第六方面提供一种电池动力车，包括第五方面所述的电池组。本专利技术制得的锂离子电池负极碳微粒，孔径在2-200nm的孔隙中，孔径在10-100nm之间的孔体积之和占比达50-65％。经N2吸脱附测得的BET比表面积为1-4m2/g，通过拉曼测定的碳微粒的ID/IG<0.1。具有上述结构的碳微粒用于锂离子电池负极时，其丰富的孔隙提供大量的储锂空间，配合具有不同结晶度的石墨结构和比表面积，便于溶剂中的锂离子与碳微粒充分接触，并且使得碳微粒的孔隙结构稳定，锂离子电池的首次放电容量高，放电倍率较高，且低温性能优异。附图说明图1为实施例1中碳微粒SC1的形貌图；图2为实施例1中碳微粒SC1的能谱图。具体实施方式在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术第一方面提供了一种锂离子电池负极碳微粒，其中，该碳微粒通过N2吸脱附测得的孔结构中，以孔径在2-200nm之间的BJH测得孔体积总量为基准，孔径在2-10nm之间的孔体积之和占比为5-10体积％、孔径在10-100nm之间的孔体积之和占比为50-65％、孔径在100-200nm之间的孔体积之和占比为30-40％；所述碳微粒的BET比表面积为1-4m2/g。本专利技术中的“孔体积之和占比”为在2-200nm中任意一个孔径区间范围的孔体积占孔径为2-200nm总孔体积的比例。本专利技术通过优化了碳微粒的孔分布，制得的碳微粒孔径分布范围较宽，尤其是相比于现有的材料，以孔径在2-200nm的总孔体积为基准，孔径在2-10nm之间的孔体积占比超过一半。本专利技术中的碳微粒，孔径在2-200nm之间，利于溶剂化的Li+进入，提供较大的储锂空间，并且使其具有较长的可逆放电平台。通过不同孔径分布比例的材料比较来看，在孔径范围与比表面积范围相同的情况下，具有以本申请中的孔径比例分布的孔隙的碳微粒，作为负极材料能够有效地实现电池的放电容量与倍率的平衡，其具有较高的倍率性能，放电容量高，低温性能较其他对比材料更优。为了进一步提高碳微粒的储锂空间，优选地，所述碳微粒的BET比表面积为1.4-1.9m2/g。更优选地，所述碳微粒的BET比表面积为1.61-1.85m2/g。为了降低碳微粒与电解液发生反应，提高碳微粒的导电性能，优选地，通过X射线衍射测定的碳微粒的层间距d(002)为0.3368nm以下，C轴方向的微晶尺寸Lc为0.5-0.9nm，石墨化度为84-93％。在以上微晶尺寸和石墨化度范围内的碳微粒，为锂离子提供丰富的层间储锂空间，且结构稳定，具有较好的导电性能，提高锂离子电池的倍率性能。优选地，通过X射线衍射测定的碳微粒的I(002)/I(100)在180-300之间，I(002)/I(101)在120-240之间，I(002)/I(004)在25-35之间，I(004)/I(110)在4-10之间。满足以上条件的碳微粒具有更好的结晶性能，既可以避免碳微粒中的层间结构发生相对滑移而造成的结构塌陷，还可以减少取向性，提高其循环性能。为进一步提高碳微粒的结构稳定性，通过拉曼测定的碳微粒的D峰在1300-1400cm-1之间，优选1300-1350cm-1，G峰在1550-1600cm-1；ID/IG为<0.1。优选地，ID/IG为0.01-0.99。更优选地，ID/IG为0.05-0.99。本专利技术制得的碳微粒有规整的石墨层状结构，同时也具有缺陷、空位等结构，该结构配合碳微粒的孔隙分布，可大幅提高碳微粒作为锂离子电池的放电容量、倍率性能和循环性能。为了进一步提高碳微粒与电解液的接触面积，优选地，所述碳微粒的粒度分布中D10在1-5μm，D50在12-18μm，D90在25-35μm，最大粒径39μm。本专利技术的碳微粒的粒度按照上述范围进行分布，碳微粒的宏观尺寸分布范围较广，其与电解液之间的浸润性能较强，使得溶剂化的Li+可以与碳微粒充分接触，提高其储锂容量，同时有效提升锂离子电池的低温性能。所述碳微粒进行热重测试时，在400-650℃之间的质量损失量为80-90重量％。所述碳微粒的振实密度为0.9-1.2g/cm3。所述碳微粒的粉末压实密度为1.51-1.55g/cm3。本专利技术的碳微粒的振实密度在上述范围内，其颗粒之间有一定的空隙率，促进电解液中的离子在电极之间移动，提高锂离子电池的充放电性能。本专利技术第二方面提供一种锂离子电池负极碳微粒的制备方法，其中，所述制备方法包括将碳源依次经过机械粉碎、化学提纯、碳化和石墨化制得碳微粒。本专利技术的碳源经过上述步骤处理后，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池负极碳微粒，其中，该碳微粒通过N2吸脱附测得的孔结构中，以孔径在2‑200nm之间的BJH测得孔体积总量为基准，孔径在2‑10nm之间的孔体积之和占比为5‑10％、孔径在10‑100nm之间的孔体积之和占比为50‑65％、孔径在100‑200nm之间的孔体积之和占比为30‑40％；所述碳微粒的BET比表面积为1‑4m2/g，优选1.4‑1.9m2/g。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极碳微粒，其中，该碳微粒通过N2吸脱附测得的孔结构中，以孔径在2-200nm之间的BJH测得孔体积总量为基准，孔径在2-10nm之间的孔体积之和占比为5-10％、孔径在10-100nm之间的孔体积之和占比为50-65％、孔径在100-200nm之间的孔体积之和占比为30-40％；所述碳微粒的BET比表面积为1-4m2/g，优选1.4-1.9m2/g。2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极碳微粒，其中，通过X射线衍射测定的碳微粒的层间距d(002)为0.3368nm以下，C轴方向的微晶尺寸Lc为0.5-0.9nm，石墨化度为84-93％。3.根据权利要求2所述的锂离子电池负极碳微粒，其中，通过X射线衍射测定的碳微粒的I(002)/I(100)在180-300之间，I(002)/I(101)在120-240之间，I(002)/I(004)在25-35之间，I(004)/I(110)在4-10之间。4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极碳微粒，其中，通过拉曼测定的碳微粒的D峰在1300-1400cm-1之间，优选1300-1350cm-1，G峰在1550-1600cm-1；ID/IG<0.1，优选为0.01-0.99，更优选为0.05-0.99。5.根据权利要求1所述的锂离子电池负极碳微粒，其中，所述碳微粒的粒度分布中D10为1-5μm，D50为12-18μm，D90为25-35μm。6.根据权利要求5所述的锂离子电池负极碳微粒，其中，所述碳微粒的最大粒径为39μm。7.根据权利要求1所述的锂离子电池负极碳微粒，其中，所述碳微粒进行热重测试时，在400-650℃之间的质量损失量为80-90重量％。8.根据权利要求1所述的锂离子电池负极碳微粒，其中，所述碳微粒的振实密度为0.9-1.2g/cm3。9.一种权利要求1-8中任意一项所述的锂离子电池负极碳微粒的制备方法，其中，所述制备方法包括将碳源依次经过机械粉碎、化学提纯、碳化和石墨化制得碳微粒；优选地，碳源经机械粉碎后的粒径D50在10-18μ...

【专利技术属性】
技术研发人员：劭建荣，孙强，王宏栋，张俊祥，张留峰，唐杰，
申请(专利权)人：湖南晋烨高科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43