一种高功率锂电池的负极材料、制备方法及锂电池技术

一种高功率锂电池的负极材料、制备方法及锂电池，所述负极材料为颗粒状结构，包括内核和包覆在所述内核外的包覆层，内核为经过氧化剂腐蚀、表面产生多孔结构的人造石墨，所述包覆层包括无定型碳和导电剂，所述包覆层均匀分散在人造石墨颗粒表面，所述导电剂以均匀分布或孤岛状分布于所述包覆层中。本发明专利技术负极材料以特殊预混工艺进行预混后，以低粘度到高粘度的特殊合浆工艺制备负极片，该负极片制备的锂电池具有高比功率、大倍率充放电性能的优点，可以达到25C以上电流持续充放电，35C以上电流脉冲充电和40C以上电流脉冲放电，该电池功率密度可达5000W/kg以上，工作温度范围宽，可达‑30‑65℃，且在低温下可以进行2C以上电流充放电且拥有优异的低温循环寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率锂电池的负极材料、制备方法及锂电池
本专利技术涉及一种快充型负极材料、其制备方法及采用该负极材料制备的用于HEV或48V系统的高倍率锂离子电池，属于锂电池

技术介绍
在能源危机和环境保护的双重压力之下，节能和新能源汽车已经成为国家的重头任务。在能源危机和环境保护的双重压力之下，节能和新能源汽车已经成为国家的重头任务。迫于环境保护和政策法规对燃油油耗限值的压力，车企采取了多种措施，混合动力技术作为一项重要的节能技术，在2020年新能源汽车补贴退出之后，混动技术很可能迎来爆发式的增长。随着混动、48V微混技术的发展，混动节能汽车将得到广泛的推广和应用，从而对其核心部件动力电池提出了更高的要求。传统的容量型、常规功率型锂离子动力电池已经不能满足混动、48V微混系统对于电池的要求。对于汽车混动电池主要为连续瞬时的放电起动能力，大电流大功率充电接受能力，宽温程下的大功率输入输出能力，以及更高的充放电循环寿命和安全性能等要求，对于电池开发是极大的技术挑战。而常规的锂离子电池虽然拥有较高的能量密度、良好的电压平台、优秀的循环稳定性等优点，但是在大电流充放电(尤其是充电)、低温充放电、高温稳定性方面还是存在一定的问题。例如在大电流尤其在低温下充电时，锂离子容易在石墨负极表面以金属锂的形式析出，影响电池电化学及安全性能。目前行业内对于可以大倍率尤其是低温下充电负极材料及其锂离子电池的研究已经成为一个重点方向。公开号为CN104600258B的专利通过将硬碳原材料稳定化处理、掺杂、高温热解、包覆改性等手段将硬碳基体表面包覆包覆物得到复合负极材料，得到的材料拥有优良的嵌、脱锂能力和循环稳定性，制备工艺相对简单，成本低廉适用于锂离子动力电池。公开号为CN103599815B的专利将沥青中加入石墨，催化聚会，碳化处理与石墨进行复合，得到锂离子电池软碳复合负极材料，其拥有良好的快速嵌、脱锂能力。公开号为104810516B的专利将人造改性石墨、软碳、导电剂等在电池合浆工序中进行混合制得石墨和软碳材料混合负极，改善了低温充放电性能。以上方法基本上为两类工艺，一为在材料阶段将石墨和无定型碳进行复合，但是由于无定型碳石墨化程度低，简单复合后的负极材料由于无定型碳(软碳、硬碳)的包覆导致复合材料电子导电性能变差而影响大电流充放电过程中电子的迁移。二为电池合浆过程中将石墨、无定型碳、导电剂进行混合，此类方法能够改善负极的充放电性能，但是与原材料混合均匀程度相关性较大，且并未从根本上改善负极中石墨材料的锂离子嵌入和脱出能力。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术弊端，提供一种快充型负极材料、其制备方法及采用该负极材料制备的用于HEV或48V系统的高倍率锂离子电池，采用该负极材料制备的锂电池具有高比功率、大倍率充放电性能的优点，可以达到25C以上电流持续充放电，35C以上电流脉冲充电和40C以上电流脉冲放电，该电池功率密度可达5000W/kg以上，工作温度范围宽，可达-30-65℃，且在低温下可以进行2C以上电流充放电且拥有优异的低温循环寿命。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高功率锂电池的负极材料，所述负极材料为颗粒状结构，包括内核和包覆在所述内核外的包覆层，所述内核为经过氧化剂腐蚀、表面产生多孔结构的人造石墨，所述包覆层包括无定型碳和导电剂，所述包覆层均匀分散在人造石墨颗粒表面，所述导电剂以均匀分布或孤岛状分布于所述包覆层中。上述高功率锂电池的负极材料，所述人造石墨的粒径D50为2-8μm，所述包覆层厚度为10-100nm。上述高功率锂电池的负极材料，所述无定型碳的前驱体为玉米淀粉、土豆淀粉、酚醛树脂、焦炭、碳纤维中的一种或几种。上述高功率锂电池的负极材料，所述导电剂为导电碳黑sp、科琴黑、导电石墨、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。上述高功率锂电池的负极材料，所述氧化剂为强碱或强酸溶液。上述高功率锂电池的负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下制备步骤：a、多孔人造石墨制备：选取小粒径的石墨材料与5-30wt％的强酸或强碱溶液混合，并在50-100℃下搅拌12-48h后过滤，清洗后得到表面腐蚀产生多孔结构的石墨材料A；b、将石墨材料A90-99％、无定型碳的前驱体0.5-10％、导电剂0.2-2％用机械融合机进行融合0.5-2h，得到石墨包覆前驱体B；c、将石墨包覆前驱体B置于石墨坩埚中，放入惰性气体保护的气氛炉中进行碳化，碳化温度控制在1000-1500℃之间，维持温度2-12小时，冷却至室温，气流粉碎分级，得到表面包覆改性的高功率型锂离子电池石墨负极材料。一种利用高功率锂电池的负极材料制备的锂电池，所述锂电池为片状软包装型高倍率锂电池，其由正极极片和负极极片经辊压、分条、裁切后与隔离膜进行叠片制成，其特征在于：所述负极片的制备方法包括以下步骤：a、将上述制备的负极材料和导电剂在强力混合机中预混2-15min，得到预混料；b、将CMC按照1.5％比例用双行星搅拌机分散在纯水中，得到CMC胶液；c、将预混料通过搅拌机加料口缓慢加入搅拌的CMC胶液中，控制双行星搅拌机公转转速10-30转/min，加完预混料后，将公转转速调至25-35转/min，分散转速调至1500-2000转/min，搅拌时间为60-180min，抽真空搅拌60-120min；d、加入SBR粘结剂，将公转转速调至25-35转/min，分散转速调至1500-2000转/min，搅拌30min后抽真空脱泡得到负极浆料；e、将负极浆料用涂布机涂覆在铜集流体上，烘烤后得到负极极片。上述利用高功率锂电池的负极材料制备的锂电池，一百重量份的所述负极浆料中负极材料：导电剂：CMC：SBR＝(90-97)：(0-5)：(1-2)：(1-3)。上述利用高功率锂电池的负极材料制备的锂电池，所述步骤a中，预混料中还包括其它负极材料，所述其它负极材料为硬碳或软碳。本专利技术的有益效果是：利用本专利技术负极材料制备的的高功率锂离子电池具有大倍率充放电性能，大电流充电时不产生析锂情况，拥有优异的充放电功率性能。负极材料采用表面包覆改性的人造石墨，人造石墨本体采用小颗粒石墨材料，有利于减小锂离子的迁移路径；人造石墨表面腐蚀改性后产生的多孔结构可以改善锂离子在表面结构的嵌入和脱出速率，提高电池的充放电性能；另外，在人造石墨表面进行无定型碳和导电剂包覆可以缓冲大电流及低温下的锂离子的析锂情况，而且导电剂的加入可以改善无定形碳的电子导电性能。负极材料制备过程中，将腐蚀后的多孔石墨材料、无定型碳和导电剂用机械融合机进行融合，得到石墨包覆前驱体B，此过程无定型碳的加入避免了后期石墨包覆前驱体B在高温碳化过程中，石墨的多孔结构重新闭合。本专利技术针对HEV车用高功率电池进行开发，采用本专利技术的负极处理方法可以综合改善负极材料的电子和离子导电性能，提高锂离子电池的比功率性能。同时采用本专利技术的锂离子电池制作方法，尤其是负极合浆方法，可以降低粉料预混和浆料合浆时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高功率锂电池的负极材料，所述负极材料为颗粒状结构，包括内核(2)和包覆在所述内核外的包覆层(1)，其特征在于：所述内核(2)为经过氧化剂腐蚀、表面产生多孔结构的人造石墨，所述包覆层(1)包括无定型碳和导电剂(3)，所述包覆层均匀分散在人造石墨颗粒表面，所述导电剂以均匀分布或孤岛状分布于所述包覆层中。/n

【技术特征摘要】
1.一种高功率锂电池的负极材料，所述负极材料为颗粒状结构，包括内核(2)和包覆在所述内核外的包覆层(1)，其特征在于：所述内核(2)为经过氧化剂腐蚀、表面产生多孔结构的人造石墨，所述包覆层(1)包括无定型碳和导电剂(3)，所述包覆层均匀分散在人造石墨颗粒表面，所述导电剂以均匀分布或孤岛状分布于所述包覆层中。


2.根据权利要求1所述的高功率锂电池的负极材料，其特征在于：所述人造石墨的粒径D50为2-8μm，所述包覆层厚度为10-100nm。


3.根据权利要求2所述的高功率锂电池的负极材料，其特征在于：所述无定型碳的前驱体为玉米淀粉、土豆淀粉、酚醛树脂、焦炭、碳纤维中的一种或几种。


4.根据权利要求3所述的高功率锂电池的负极材料，其特征在于：所述导电剂为导电碳黑sp、科琴黑、导电石墨、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。


5.根据权利要求4所述的高功率锂电池的负极材料，其特征在于：所述氧化剂为强碱或强酸溶液。


6.根据权利要求1-5任一项所述的高功率锂电池的负极材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下制备步骤：
a、多孔人造石墨制备：选取小粒径的石墨材料与5-30wt％的强酸或强碱溶液混合，并在50-100℃下搅拌12-48h后过滤，清洗后得到表面腐蚀产生多孔结构的石墨材料A；
b、将石墨材料A90-99％、无定型碳的前驱体0.5-10％、导电剂0.2-2％用机械融合机进行融合0.5-2h，得到石墨包覆前驱体B；
c、将石墨包覆前驱体B置于石墨坩埚中，放入惰性气体保护的气氛炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞晓峰，刘慧洁，赵晓伟，杨淑娟，顾志华，高良秋，周宏，
申请(专利权)人：风帆有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13