负极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本申请提供负极材料及其制备方法、锂离子电池，其中，负极材料包括鳞片石墨内核及无定形碳，所述鳞片石墨内核包括交错层叠且卷曲成型的多层鳞片石墨，至少部分的鳞片石墨通过榫卯结构连接；至少部分的所述无定形碳位于所述鳞片石墨内核的表面形成碳包覆层，至少部分的所述无定形碳镶嵌于所述鳞片石墨内核的内部。本申请的负极材料及其制备方法，能降低负极材料的体积膨胀，提高负极材料的倍率性能和循环稳定性。稳定性。稳定性。

【技术实现步骤摘要】
负极材料及其制备方法、锂离子电池


[0001]本申请涉及负极材料
，具体地讲，涉及一种负极材料及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于具备能量密度大、输出功率高、循环寿命长和环境污染小等优点而被广泛应用于电动汽车以及消费类电子产品中。
[0003]目前，石墨负极已经被公认为是锂离子电池的理想负极，石墨负极主要分为人造石墨和天然石墨两种。人造石墨的主要优势是循环性能好、与电解液相容性好以及各方面指标都相对较均衡，其主要缺点是容量相对较低且成本较高。而天然石墨的主要优点为容量高、压实密度高和价格便宜，但其缺点也是显著的，例如在颗粒大小不均一、表面缺陷较多以及与电解液相容性较差，副反应较多。为了解决天然石墨负极存在的一些问题，对天然石墨改性处理是改善其性能的关键。目前的改性处理手段难以制备同时兼具高首效、高容量、高压实密度、高能量密度等优秀特性的石墨负极材料。
[0004]基于此，亟需开发一种负极材料，能降低材料的循环膨胀率的同时兼具高首效、高容量、高压实密度等。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本申请提出一种负极材料及其制备方法、锂离子电池，能降负极材料的体积膨胀，提高负极材料的倍率性能和循环稳定性。
[0006]第一方面，本申请提供一种负极材料，所述负极材料包括鳞片石墨内核及无定形碳，所述鳞片石墨内核包括交错层叠且卷曲成型的多层鳞片石墨，至少部分的鳞片石墨通过榫卯结构连接；
[0007]至少部分的所述无定形碳位于所述鳞片石墨内核的表面形成碳包覆层，至少部分的所述无定形碳镶嵌于所述鳞片石墨内核的内部。
[0008]在一些实施方式中，所述碳包覆层的厚度为10nm～120nm。
[0009]在一些实施方式中，所述负极材料具有孔隙。
[0010]在一些实施方式中，所述负极材料的切面孔隙率为0.5％～8.5％。
[0011]在一些实施方式中，所述负极材料具有孔隙，所述孔隙的平均孔径为0.1nm～10nm。
[0012]在一些实施方式中，所述无定形碳包括树脂碳。
[0013]在一些实施方式中，所述负极材料的中值粒径为A μm，10≤A≤25。
[0014]在一些实施方式中，所述负极材料的石墨化度为B％，90≤B≤96。
[0015]在一些实施方式中，所述负极材料的中值粒径为A μm，所述负极材料的石墨化度为B％，且0.5≤A*(1
‑
B)≤2.5；
[0016]在一些实施方式中，所述负极材料的OI值为C，0.5≤C≤5.0；
[0017]在一些实施方式中，所述负极材料中的无定形碳的质量含量D％，0≤D≤1；
[0018]在一些实施方式中，所述负极材料的OI值为C，所述负极材料中的无定形碳的质量含量D％，且1≤[(C
‑
0.5)/2]*D
‑
1/2
≤2。
[0019]在一些实施方式中，所述负极材料的粉体压实密度为1.75g/cm3～1.90g/cm3；
[0020]在一些实施方式中，所述负极材料的粉体振实密度为1.3g/cm3～1.5g/cm3；
[0021]在一些实施方式中，所述负极材料的比表面积为0.3m2/g～1.2m2/g；
[0022]在一些实施方式中，所述负极材料的球形度为0.7～1.0；
[0023]在一些实施方式中，在拉曼光谱中，所述负极材料具有碳特征峰D和碳特征峰G，所述碳特征峰D的峰强度I
D
与所述碳特征峰G的峰强度I
G
的比值I
D
/I
G
，1.5≤I
D
/I
G
≤4.5。
[0024]第二方面，本申请提供一种负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0025]在天然鳞片石墨进行球型化处理时，将包含水溶性树脂的包覆浆料喷淋至球型化石墨表面进行包覆，得到球型化复合物；
[0026]将所述球型化复合物进行碳化处理，得到负极材料。
[0027]在一些实施方式中，所述包覆浆料还包括水，所述水溶性树脂与所述水的质量比为1：(10～35)。
[0028]在一些实施方式中，所述水溶性树脂包括酚醛树脂、脲醛树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂和聚丙烯酸树脂中的至少一种。
[0029]在一些实施方式中，所述包覆浆料的粘度为50cp～100cp。
[0030]在一些实施方式中，所述包覆浆料的搅拌转速为500r/min～1000r/min。
[0031]在一些实施方式中，所述包覆浆料的搅拌时间为0.5h～2h。
[0032]在一些实施方式中，所述天然鳞片石墨与所述水溶性树脂的质量比为(10～30)：1。
[0033]在一些实施方式中，所述在天然鳞片石墨进行球型化处理时，将包含水溶性树脂的包覆浆料喷淋至球型化石墨表面进行包覆的步骤在带喷淋装置的球型化设备中进行。
[0034]在一些实施方式中，所述球型化设备的主机功率为25kW～45kW。
[0035]在一些实施方式中，所述球型化设备的转速为200r/min～500r/min。
[0036]在一些实施方式中，所述包覆浆料的喷淋流量为5mL/min～30mL/min。
[0037]在一些实施方式中，所述球型化处理时间为2h～10h。
[0038]在一些实施方式中，在将所述球型化复合物进行碳化处理之前，所述方法还包括：将球型化复合物进行烘干处理。
[0039]在一些实施方式中，在将所述球型化复合物进行碳化处理之前，所述方法还包括：将球型化复合物进行烘干处理，烘干处理的温度为60℃～120℃。
[0040]在一些实施方式中，在将所述球型化复合物进行碳化处理之前，所述方法还包括：将球型化复合物进行烘干处理，烘干处理的时间为12h～24h。
[0041]在一些实施方式中，所述碳化处理的温度为700℃～1250℃。
[0042]在一些实施方式中，所述碳化处理的时间为4h～8h。
[0043]在一些实施方式中，所述方法包括以下步骤：
[0044]在利用带喷淋装置的球型化设备对天然鳞片石墨进行球型化处理4h～8h时，将包含水溶性树脂及水的包覆浆料喷淋至球型化石墨表面进行包覆，得到球型化复合物；其中，
所述水溶性树脂与所述水的质量比为1：(15～25)，包覆浆料的粘度为60cp～80cp，所述天然鳞片石墨与所述水溶性树脂的质量比为(15～20)：1，所述球型化设备的主机功率为30kW～40kW，所述包覆浆料的喷淋流量为10mL/min～20mL/min；
[0045]将球型化复合物置于80℃～100℃下进行烘干处理16h～20h；
[0046]将烘干后的球型化复合物置于800℃～1000℃下进行碳化处理4h～6h，得到负极材料。
[0047]第三方面，本申请提供一种锂离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括鳞片石墨内核及无定形碳，所述鳞片石墨内核包括交错层叠且卷曲成型的多层鳞片石墨，至少部分的鳞片石墨通过榫卯结构连接；至少部分的所述无定形碳位于所述鳞片石墨内核的表面形成碳包覆层，至少部分的所述无定形碳镶嵌于所述鳞片石墨内核的内部。2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，包含以下特征(1)至(6)中的至少一种：(1)所述碳包覆层的厚度为10nm～120nm；(2)所述负极材料具有孔隙；(3)所述负极材料的切面孔隙率为0.5％～8.5％；(4)所述负极材料具有孔隙，所述孔隙的平均孔径为0.1nm～10nm；(5)所述负极材料具有孔隙，至少部分的所述无定形碳填充在上述孔隙内；(6)所述无定形碳包括树脂碳。3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，包含以下特征(1)至(6)中的至少一种：(1)所述负极材料的中值粒径为Aμm，10≤A≤25；(2)所述负极材料的石墨化度为B％，90≤B≤96；(3)所述负极材料的中值粒径为Aμm，所述负极材料的石墨化度为B％，且0.5≤A*(1
‑
B)≤2.5；(4)所述负极材料的OI值为C，0.5≤C≤5.0；(5)所述负极材料中的无定形碳的质量含量D％，0＜D≤1；(6)所述负极材料的OI值为C，所述负极材料中的无定形碳的质量含量D％，且1≤[(C
‑
0.5)/2]*D
‑
1/2
≤2。4.根据权利要求1～3任一项所述的负极材料，其特征在于，包含以下特征(1)至(5)中的至少一种：(1)所述负极材料的粉体压实密度为1.75g/cm3～1.90g/cm3；(1)所述负极材料的粉体振实密度为1.3g/cm3～1.5g/cm3；(3)所述负极材料的比表面积为0.3m2/g～1.2m2/g；(4)所述负极材料的球形度为0.7～1.0；(5)在拉曼光谱中，所述负极材料具有碳特征峰D和碳特征峰G，所述碳特征峰D的峰强度I
D
与所述碳特征峰G的峰强度I
G
的比值I
D
/I
G
，1.5≤I
D
/I
G
≤4.5。5.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在天然鳞片石墨进行球型化处理时，将包含水溶性树脂的包覆浆料喷淋至球型化石墨表面进行包覆，得到球型化复合物；将所述球型化复合物进行碳化处理，得到负极材料。6.根据权利要求5所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包含以...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宝亮，李子坤，周豪杰，黄友元，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞新能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：