一种负极材料及其制备方法技术

本申请涉及一种负极材料及其制备方法，所述负极材料为核壳结构，所述负极材料包括内核及在所述内核的至少部分表面形成的聚合物包覆层，所述聚合物包覆层为链网状结构，所述负极材料在热重分析测试中：所述负极材料在180℃～400℃的失重率为0.02％～0.42％。本申请在内核表面形成链网状结构的聚合物包覆层能够降低比表面积，从而减少了充放电过程中的锂源消耗，提高了负极材料的首次效率和循环性能，此外，聚合物包覆层能够在内核表面形成人工SEI，且使得电解液在负极表面的成膜更加稳定，且聚合物包覆层与电解液的兼容性好，能够缓解负极材料制备的锂离子电池在充放电过程中石墨的膨胀，提高了循环性能。提高了循环性能。提高了循环性能。

A negative electrode material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种负极材料及其制备方法


[0001]本申请涉及电化学
，尤其涉及一种负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于石墨电极的特有制成工艺，其边角料或废料已石墨化，且灰分偏高，原因在于在石墨电极的制备过程或使用过程中引入了金属杂质(特别是Fe、Al等)，目前石墨电极边角料/废料的主要用途是增碳剂、预焙阳极和石墨件等，其附加值低，如果直接经简单处理后用于负极材料，由于杂质含量高(特别是磁性杂质)，自放电风险高，同时由于机械加工，材料表面形貌受损严重，活性位点增加，充放电过程中，跟电解液反应剧烈，会不断消耗分解电解液，严重影响循环存储性能以及安全性能，容量和首次库伦效率也较低，无法发挥最大的资源利用价值。

技术实现思路

[0003]本申请为了克服上述缺陷，本申请提供了一种负极材料及其制备方法，通过内核表面形成链网状结构聚合物包覆层，能够缓解充放电过程中石墨的膨胀，提高电池的首次效率和循环性能。
[0004]第一方面，本申请提供一种负极材料，所述负极材料为核壳结构，所述负极材料包括内核及在所述内核的至少部分表面形成的聚合物包覆层，所述聚合物包覆层为链网状结构，所述负极材料在热重分析测试中：所述负极材料在180℃～400℃的失重率为0.02％～0.42％。
[0005]结合第一方面，所述内核包括石墨、软碳和硬碳中的至少一种。
[0006]结合第一方面，所述聚合物包覆层含有氮元素，所述氮元素在所述负极材料中的质量占比为0.05％～1％。
[0007]结合第一方面，所述聚合物包覆层包括聚酰亚胺、聚丙烯腈和聚丙烯腈
‑
聚苯乙烯
‑
聚丙烯腈三嵌段共聚物中的至少一种。
[0008]结合第一方面，所述负极材料的中值粒径为13μm～21μm。
[0009]结合第一方面，所述负极材料的比表面积为1m2/g～4m2/g。
[0010]结合第一方面，所述负极材料的振实密度为0.8g/cm3～1.2g/cm3。
[0011]结合第一方面，所述聚合物包覆层在所述负极材料中的质量占比为0.2％～4％。
[0012]第二方面，本申请提供一种负极材料的制备方法，用于制备第一方面所述的负极材料，所述制备方法包括：
[0013]将石墨原料进行预处理得到去磁球形石墨颗粒；
[0014]制备含高分子聚合物包覆溶液，将所述去磁球形石墨颗粒与所述含高分子聚合物包覆溶液混合得到石墨包覆浆料；
[0015]将所述石墨包覆浆料进行分段式升温处理得到所述负极材料。
[0016]结合第二方面，所述分段式升温处理包括以下步骤：
[0017]在保护性氛围下，以5℃/min的速率升温至220℃～250℃，保温1h～2h；
[0018]再以5℃/min的速率升温至300℃～400℃，保温2h～4h，最后冷却至室温；
[0019]所述保护性氛围包括氮气和氩气中的至少一种。
[0020]本申请技术方案与现有技术相比，至少具有以下技术效果：
[0021]本申请的负极材料，通过在内核表面设置链网状结构的聚合物包覆层，该链网状结构能够降低负极材料的比表面积，且在石墨表面形成人工SEI，减少充放电过程中锂源的消耗，提高负极材料的首次效率和循环性能，而且，链网状结构的聚合物包覆层与电解液的兼容性好，能够缓解负极材料制备的锂离子电池在充放电过程中石墨的膨胀，提高了循环性能。
[0022]本申请的制备方法，将石墨颗粒采用含高分子聚合物包覆溶液进行包覆处理，能够降低石墨颗粒的比表面积，改善颗粒的形貌，使得石墨颗粒的表面形成的链网状结构，该链网状结构与电解液的兼容性好，链网状结构的包覆能够降低了石墨的膨胀率，进一步提高了负极材料的首次效率和循环性能，本申请的制备方法不仅可以满足锂离子电池负极材料的生产要求，能够降低生产成本、节能、节材和减少环境污染。
附图说明
[0023]为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]图1为本申请负极材料制备方法的流程图。
具体实施方式
[0025]为了更好的理解本申请的技术方案，下面对本申请实施例进行详细描述。
[0026]应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
[0027]在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。
[0028]应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0029]现有的石墨电极边角料由于杂质含量高，自放电风险高，同时由于机械加工，材料表面形貌受损严重，活性位点增加，其直接制备成负极材料，在充放电过程中，跟电解液反应剧烈，会不断消耗分解电解液，严重影响循环存储性能以及安全性能。
[0030]因此，本申请提供一种负极材料，能够解决上述问题，具体地，负极材料为核壳结构，负极材料包括内核及在内核的至少部分表面形成的聚合物包覆层，聚合物包覆层为链网状结构，负极材料在热重分析测试中：负极材料在180℃～400℃的失重率为0.02％～
0.42％。
[0031]在上述方案中，链网状结构的聚合物包覆层能够降低比表面积，从而减少了充放电过程中的锂源消耗，提高了负极材料的首次效率和循环性能，此外，聚合物包覆层能够在内核表面形成人工SEI，且使得电解液在负极表面的成膜更加稳定，且聚合物包覆层与电解液的兼容性好，能够缓解负极材料制备的锂离子电池在充放电过程中石墨的膨胀，提高了循环性能。
[0032]在一些实施方式中，负极材料在180℃～400℃的失重率可以是0.02％、0.1％、0.3％和0.42％等，当然也可以是上述范围内的其他数值，在此不做限定。上述范围内的失重率，有利于在内核表面形成适当厚度的聚合物包覆层，使得聚合物包覆层能够起到改善内核表面的作用。
[0033]在一些实施方式中，聚合物包覆层含有氮元素，氮元素在负极材料中的质量占比为0.05％～1％，氮元素在负极材料中的质量占比可以是0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％和1％等，当然也可以是上述范围内的其他数值，在此不做限定。氮元素以石墨氮的方式存在于聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料为核壳结构，所述负极材料包括内核及在所述内核的至少部分表面形成的聚合物包覆层，所述聚合物包覆层为链网状结构，所述负极材料在热重分析测试中：所述负极材料在180℃～400℃升温过程中的失重率为0.02％～0.42％。2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述内核包括石墨、软碳和硬碳中的至少一种。3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述聚合物包覆层含有氮元素，所述氮元素在所述负极材料中的质量占比为0.05％～1％。4.根据权利要求1或3所述的负极材料，其特征在于，所述聚合物包覆层包括聚酰亚胺、聚丙烯腈和聚丙烯腈
‑
聚苯乙烯
‑
聚丙烯腈三嵌段共聚物中的至少一种。5.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料的中值粒径为13μm～21μm。6.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料的比表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：张龙，
申请(专利权)人：厦门海辰新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：