一种快充石墨负极材料的制备方法及锂离子电池技术

本发明专利技术提供了一种快充石墨负极材料的制备方法，包括采用碱性水溶液对球形石墨进行刻蚀改性，然后将球形石墨与导电剂混合得到混合物，再采用含碳物质对得到的化合物进行包覆。上述方法能够增加负极材料的内部多孔结构，提高负极材料的导电能力，从而提升负极材料的倍率充电性能和负极材料的快充功能。率充电性能和负极材料的快充功能。率充电性能和负极材料的快充功能。

【技术实现步骤摘要】
一种快充石墨负极材料的制备方法及锂离子电池


[0001]本专利技术涉及锂离子电池
，具体涉及一种快充石墨负极材料的制备方法，以及含有该负极材料的锂离子电池。

技术介绍

[0002]高性能可充电电池在人类追求的非化石能源社会中具有不可或缺的地位。石墨负极由于其较高的理论比容量(372mAh/g)、较低的工作电位(～0.1V vs.Li/Li
+
)和较好的结构稳定性(体积变化<10％)等优点，仍然是目前锂离子电池市场应用最多的负极材料。然而，石墨负极较慢的嵌锂过程阻碍了锂离子电池的快充应用。
[0003]随着电动汽车产业的逐渐兴起，锂离子电池的需求也在不断增加。然而，锂离子电池的诸多性能已逐渐不能满足消费者的需求，如能量密度、充电速度，寿命、安全性等。
[0004]电动汽车的发展面临着两大瓶颈：1)续航里程；2)充电速度，近年来随着电池能量密度的不断提升和电池PACK技术的不断进步，电动汽车的续航里程也在不断进步，例如特斯拉Model Y续航里程就达到了640km，比亚迪汉续航里程达到605km，初步解决了里程焦虑问题。
[0005]影响电动车充电速度主要因素是目前主流的石墨负极材料无法满足快充功能。究其原因主要是现有的石墨负极动力学条件较差，在充电速度过快的情况下会造成金属锂在负极表面析出，从而加剧界面的不稳定性，导致循环性能衰降速度急剧增加，严重影响动力电池的使用寿命。
[0006]目前纯电动车中的锂离子充满电所需要的时间是普通燃油车加满油所花时间20～100倍。所以，电动车充电速度成为了消费者目前最关心的问题。美国先进电池联盟(USABC)对动力电池提出的目标是15min内充满电池电量的80％。对于里程要求是400公里的电动车来说，至少需要300kW的充电功率对100kWh的电池包进行充电才能满足USABC的标准。目前市场上充电速度最快的电动车是2019年特斯拉公司发布的Model S，其充电功率为145kW，达到300～400公里的里程需要充电30min，远没有达到USABC标准。因此，提高锂离子电池充电速度对于进一步推动电动车的市场化是至关重要的。
[0007]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0008]本专利技术的第一目的在于提供一种快充石墨负极材料的制备方法，通过该方法能够改善负极材料的导电能力，从而提升负极材料的快充性能。
[0009]本专利技术的第二目的在于提供含有上述负极材料的锂离子电池。
[0010]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0011]本专利技术涉及一种快充石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)将球形石墨在碱性水溶液中浸泡后洗涤干燥；
[0013]优选地，所述球形石墨的中位粒径D50为5
‑
10微米，纯度≥99.9％。
[0014]优选地，所述碱性水溶液为质量浓度为15
‑
25％的KOH水溶液，浸泡温度为80℃，浸泡时间为2
‑
5小时。
[0015](2)将所述干燥后的球形石墨与导电剂混合，进行掺杂处理，得到混合物；
[0016]优选地，所述导电剂为碳纳米管或石墨烯。
[0017]优选地，所述干燥后的球形石墨与所述导电剂混合的质量比为100:(0.5
‑
3)。
[0018](4)采用含碳物质对所述混合物进行包覆，得到包覆物；
[0019]优选地，所述含碳物质选自沥青、葡萄糖、树脂中的一种，所述混合物与含碳物质的质量比为10:(0.5
‑
1.5)。
[0020](4)对所述包覆物进行炭化处理，粉碎筛分后，得到所述快充石墨负极材料；
[0021]优选地，所述炭化温度为1000
‑
1500℃，时间为2小时，炭化在惰性气体氛围中进行。
[0022]本专利技术还涉及一种锂离子电池，其包括正极极片、负极极片、隔膜和电解液，其中的负极极片含有本专利技术提供的快充石墨负极材料。
[0023]本专利技术的有益效果
[0024]本专利技术提供了一种快充石墨负极材料的制备方法，包括采用碱性水溶液对球形石墨进行刻蚀改性，然后将球形石墨与导电剂混合得到混合物，再采用含碳物质对得到的化合物进行包覆。上述方法能够增加负极材料的内部多孔结构，提高负极材料的导电能力，从而提升负极材料的倍率充电性能和负极材料的快充功能。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1制备得到的快充石墨负极材料的扫描电镜(SEM)图。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。
[0027]本专利技术实施例涉及一种快充石墨负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0028](1)将球形石墨在碱性水溶液中浸泡后洗涤干燥；
[0029]在本专利技术的一个实施例中，球形石墨的中位粒径D50为5
‑
10微米，纯度≥99.9％。
[0030]在本专利技术的一个实施例中，碱性水溶液为质量浓度为15
‑
25％的KOH水溶液，浸泡温度为80℃，浸泡时间为2
‑
5小时。以碱液水溶液浸泡的作用是对球形石墨表面进行刻蚀，使其在石墨片层表面形成微孔和中孔结构，增加锂离子脱嵌的孔道，进而增加锂离子在石墨层间的传输速度和数量。
[0031](2)将干燥后的球形石墨与导电剂混合，进行掺杂处理，得到混合物；
[0032]在本专利技术的一个实施例中，导电剂为碳纳米管或石墨烯。由于碳纳米管是一维材料，石墨烯是二维材料，加入碳纳米管或石墨烯能够在石墨片层中形成网络状结构，相当于在石墨负极材料间形成了导电网络结构，极大地提高了石墨负极的电子导电性与离子导电性。因此能够提升负极材料的放电容量、倍率性能和快充性能。
[0033]在本专利技术的一个实施例中，干燥后的球形石墨与导电剂混合的质量比为100:(0.5
‑
3)。
[0034](5)采用含碳物质对混合物进行包覆，得到包覆物；
[0035]在本专利技术的一个实施例中，含碳物质选自沥青、葡萄糖、树脂中的一种，混合物与含碳物质的质量比为10:(0.5
‑
1.5)。上述含碳物质既能够起到粘结粉体的作用，在高温处理后又能够充分炭化，不会引入其它杂质；包覆物主要起到稳定负极材料结构的作用，在大电流充放电过程中防止石墨片层的层间距快速增大而引起负极从极片上脱落，进而提高电池的稳定性和循环性能。
[0036](4)对包覆物进行炭化处理，粉碎筛分后，得到快充石墨负极材料；
[0037]在本专利技术的一个实施例中，炭化温度为1000
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快充石墨负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将球形石墨在碱性水溶液中浸泡后洗涤干燥；(2)将所述干燥后的球形石墨与导电剂混合，进行掺杂处理，得到混合物；(3)采用含碳物质对所述混合物进行包覆，得到包覆物；(4)对所述包覆物进行炭化处理，粉碎筛分后，得到所述快充石墨负极材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述球形石墨的中位粒径D50为5
‑
10微米，纯度≥99.9％。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碱性水溶液为质量浓度为15
‑
25％的KOH水溶液。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，浸泡温度为80℃，浸泡时间为2
‑
5小时。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫海波，杨金星，耿彦华，
申请(专利权)人：内蒙古恒胜新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：