一种负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种负极材料及其制备方法和应用。所述制备方法包括：以金属为催化剂，将人造石墨和小分子量气相碳源采用化学气相沉积法进行沉积，酸洗，得到所述负极材料；所述小分子气相碳源为碳原子个数≤4的气体。本发明专利技术通过采用金属为催化剂，以小分子量气相碳源为原料，采用化学气相沉积法，形成了一种快充型的石墨/碳纳米纤维复合材料，不仅兼顾容量，还可实现磷酸铁锂电池在快充情况下不析锂，有效地解决了电动汽车充电快和能量密度高不兼容的问题。的问题。的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种负极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池的
，涉及一种负极材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种锂离子动力电池中的负极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应等优点，成为了纯电动汽车、插电式电动汽车以及混合动力汽车的主要驱动电源，也是手机、笔记本电脑等主要的储能元件。然而，锂离子电池充电速度较慢，通常的充电规程需要数小时的充电时间，给纯电动汽车、手机等的使用带来不便。为了提高锂离子电池的充电速度，快速充电方法逐渐受到人们的关注。
[0003]目前对新能源汽车的研究日益增多，随着新能源汽车的保有量逐渐增加，越来越多的用户希望新能源车也能像传统车一样快速地补充能量，即快速充电，但快充型材料的设计往往是以降低容量为牺牲的，同时会带来电池温度大幅度上升、电池温差变大、电池寿命衰减、冷却能耗增加等问题。因此通过开发新的快充材料、优化快充策略，成为快充领域发展过程中一项非常重要的手段。
[0004]目前国内外多用硬碳或软碳对石墨表面进行包覆，但这种方式不仅降低了成品的容量，且导致石墨存储性能变差。
[0005]CN105024043A公开了一种快充石墨锂离子电池负极材料及其制备方法。该快充石墨锂离子电池负极材料的制备方法包括下述步骤：(1)将包含有天然石墨与沥青的混合物混合、加热捏合、粉碎；其中，所述的天然石墨的平均粒径D50为5～10μm，所述的天然石墨与所述的沥青的质量比为50:50～90:10；(2)在惰性气体保护下，于300～700℃进行热处理；(3)石墨化。该文献中以天然石墨为原料，分别通过包覆和造粒的方式改善了石墨负极的快充性能，但是天然石墨与电解液的相容性较差，导致循环性能不佳，因此其适用范围较小。
[0006]CN109244392A公开了一种复合石墨负极材料及其制备方法和锂离子电池，包括步骤：1)采用原子层沉积法在石墨粉末的表面包覆金属氧化物层；2)然后与锂盐粉末混合均匀，在300～1200℃下烧结9～12h，金属氧化物与锂盐反应形成锂离子导体层，同时金属氧化物和锂盐进入石墨层状结构中形成掺杂；3)然后水洗，干燥。该文献中用原子沉积法将金属氧化物包覆在石墨表面来提高石墨的倍率性能，但现有的电解液体系与该金属氧化物浸润性较差，且导致电池单体能量密度较低，现无法大规模应用。
[0007]因此如何提供一种可以兼顾快速充电且不损失能量密度的负极材料，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种负极材料及其制备方法和应用。本专利技术通过采用金属为催化剂，以小分子量气相碳源为原料，采用化学气相沉积法，形成了一种快充型的石墨/碳纳米纤维复合材料，不仅兼顾容量，还可实现磷酸铁锂电池在快充情况下不析锂，有效地
解决了电动汽车充电快和能量密度高不兼容的问题。
[0009]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种负极材料的制备方法，所述制备方法包括：
[0011]以金属为催化剂，将人造石墨和小分子量气相碳源采用化学气相沉积法进行沉积，酸洗，得到所述负极材料。
[0012]本专利技术通过采用金属为催化剂，以小分子量气相碳源为原料，采用化学气相沉积法，形成了一种快充型的石墨/碳纳米纤维复合材料，不仅兼顾容量，还可实现磷酸铁锂电池在快充情况下不析锂，有效地解决了电动汽车充电快和能量密度高不兼容的问题。
[0013]本专利技术中，以金属为催化剂，起到催化剂的作用，而如果选用液态催化剂，例如酸或碱，则会导致反应副反应增加。
[0014]本专利技术中，小分子量气相碳源是指碳原子个数≤4的气体，例如碳原子的个数可以为1、2、3或4等。
[0015]本专利技术中，小分子量气相碳源更有利于制成能量密度较高的动力电池，而如果选用碳原子数＞4的碳源，就难以得到能量密度较高的动力电池。
[0016]优选地，所述小分子量气相碳源包括甲烷和/或乙炔。
[0017]优选地，所述小分子量气相碳源的通入流量为400～800mL/min，例如400mL/min、450mL/min、500mL/min、550mL/min、600mL/min、650mL/min、700mL/min、750mL/min或800mL/min等。
[0018]本专利技术中，小分子量气相碳源的通入流量过小，不利于产能的提高，而过大，又不利于形成石墨/碳纳米纤维复合材料。
[0019]优选地，所述金属与所述石墨质量比为1:(10～20)，例如1:10、1:11、1:12、1:13、1:14、1:15、1:16、1:17、1:18、1:19或1:20等。
[0020]优选地，所述金属包括铜、镍、钯、银、金或铑中的任意一种或至少两种的组合。
[0021]优选地，所述人造石墨的制备方法包括：
[0022]将石油焦粉碎，得到单颗粒，然后进行石墨化处理，得到人造石墨。
[0023]本专利技术中，以石油焦为原料制备人造石墨，得到的人造石墨具有兼顾容量与快充的优势。
[0024]优选地，所述单颗粒的中值粒径为7～20μm，例如7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm或20μm等。
[0025]优选地，所述石墨化处理的温度为2000～2800℃，例如2000℃、2100℃、2200℃、2300℃、2400℃、2500℃、2600℃、2700℃或2800℃等。
[0026]优选地，所述石墨化处理的时间为10～15h，例如10h、11h、12h、13h、14h或15h等。
[0027]优选地，所述化学气相沉积发中的升温速率为1～20℃/min，例如1℃/min、2℃/min、3℃/min、4℃/min、5℃/min、6℃/min、7℃/min、8℃/min、9℃/min、10℃/min、11℃/min、12℃/min、13℃/min、14℃/min、15℃/min、16℃/min、17℃/min、18℃/min、19℃/min或20℃/min等，优选为5～10℃/min。
[0028]本专利技术中，升温速率在1～20℃/min时，可以实现形成结构良好的石墨/碳纳米纤维复合材料，而进一步优化至5～10℃/min后，则更有利于石墨/碳纳米纤维复合材料的形成。
[0029]优选地，所述化学气相沉积法的温度为500～800℃，例如500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃或800℃等。
[0030]本专利技术中，化学气相沉积过程中，温度过高，会导致耗能过高，而温度过低，又不利于石墨/碳纳米纤维复合材料的形成。
[0031]优选地，所述化学气相沉积法的时间为0.5～6h，例如0.5h、1h、2h、3h、4h、5h或6h等。
[0032]优选地，所述化学气相沉积法在保护性气氛下进行。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：以金属为催化剂，将人造石墨和小分子量气相碳源采用化学气相沉积法进行沉积，酸洗，得到所述负极材料；其中，所述小分子气相碳源为碳原子个数≤4的气体。2.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述小分子量气相碳源包括甲烷和/或乙炔；优选地，所述小分子量气相碳源的通入流量为400～800mL/min。3.根据权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述金属与所述人造石墨质量比为1:(10～20)。4.根据权利要求1或3所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述金属包括铜、镍、钯、银、金或铑中的任意一种或至少两种的组合。5.根据权利要求1或3所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述人造石墨的制备方法包括：将石油焦粉碎，得到单颗粒，然后进行石墨化处理，得到人造石墨；优选地，所述单颗粒的中值粒径为7～20μm；优选地，所述石墨化处理的温度为2000～2800℃；优选地，所述石墨化处理的时间为10～15h。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述化学气相沉积法中的升温速率为1～20℃/min，优选为5～10℃/min；优选地，所述化学气相沉积法的温度为500～800℃；优选地，所述化学气相沉积法的时间为0.5～6h；优选地，所述化学气相沉积法在保护性气氛下...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈诚，刘范芬，朱智渊，宋凡，吕正中，
申请(专利权)人：湖北亿纬动力有限公司，
类型：发明
国别省市：