复合石墨材料及其制备方法、负极极片、二次电池技术

本申请公开了一种复合石墨材料及其制备方法、负极极片、二次电池。所述复合石墨材料包括本体颗粒以及位于本体颗粒至少一部分表面上的包覆层，所述本体颗粒为两个以上一次颗粒聚集而成的二次颗粒，所述本体颗粒包括人造石墨，所述包覆层包括无定形碳，所述复合石墨材料的空气氧化温度T0为630℃～730℃。本申请的复合石墨材料能使二次电池具有高能量密度的前提下，还具有大幅提升的快速充电性能和低温功率性能。功率性能。

【技术实现步骤摘要】
复合石墨材料及其制备方法、负极极片、二次电池


[0001]本申请属于电池
，尤其涉及一种复合石墨材料及其制备方法、负极极片、二次电池。

技术介绍

[0002]二次电池依靠活性离子在正极和负极之间往复脱嵌来进行充电和放电，其具有能量密度高、循环寿命长，以及无污染、无记忆效应等突出特点。因此，二次电池作为清洁能源，已由电子产品逐渐普及到电动汽车等大型装置领域，以适应环境和能源的可持续发展战略。然而，与传统的燃油车能快速及时的加油相比，电动汽车一般是以较小的倍率充电，这常常需要较长的充电时间，给消费者造成了续航里程的焦虑，限制了电动汽车的快速普及。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于提供一种复合石墨材料及其制备方法、负极极片、二次电池，旨在使二次电池具有高能量密度的前提下，还具有大幅提升的快速充电性能和低温功率性能。
[0004]本申请第一方面提供一种复合石墨材料，所述复合石墨材料包括本体颗粒以及位于本体颗粒至少一部分表面上的包覆层，所述本体颗粒为两个以上一次颗粒聚集而成的二次颗粒，所述本体颗粒包括人造石墨，所述包覆层包括无定形碳，所述复合石墨材料的空气氧化温度T0为630℃～730℃。空气氧化温度T0为在所述复合石墨材料的热重曲线上分别对应于500℃和T1温度的两点处的两条切线的交点所对应的温度，所述T1温度为所述复合石墨材料的微分热重曲线中最大面积峰的峰顶温度，所述热重曲线和所述微分热重曲线可通过在如下条件下进行的热重分析获得：样品质量10
±
0.05mg、吹扫气为空气且气流速率为60mL/min、升温速率为5℃/min、测试温度范围为35℃～950℃。
[0005]复合石墨材料的空气氧化温度T0可以准确地表示复合石墨材料空气氧化开始失重时的温度，进而可以准确地反应出复合石墨材料的端面和缺陷数量。复合石墨材料的空气氧化温度T0为630℃～730℃，此时，复合石墨材料包含的端面和缺陷数量适中，复合石墨材料具有良好的活性离子和电子传输性能，活性离子和电子在复合石墨材料表面电荷交换速度较快，且活性离子在复合石墨材料内部固相传输能力较高，因此二次电池可在保持高能量密度的前提下，具有大幅提升的快速充电性能和低温功率性能。
[0006]在本申请的任意实施方式中，复合石墨材料的空气氧化温度T0为660℃～710℃。复合石墨材料的空气氧化温度T0在合适的范围内，可以使复合石墨材料具有更合适的端面和缺陷数量，进一步提升活性离子和电子传输性能，提升二次电池的快速充电性能和低温功率越性能。
[0007]在本申请的任意实施方式中，复合石墨材料还包括动力学碳材料。
[0008]在本申请的任意实施方式中，动力学碳材料位于本体颗粒中一次颗粒与一次颗粒
之间的至少部分界面处。
[0009]在本申请的任意实施方式中，动力学碳材料位于包覆层中。
[0010]在本申请的任意实施方式中，动力学碳材料同时位于本体颗粒中一次颗粒与一次颗粒之间的至少部分界面处以及包覆层中。
[0011]在本申请的任意实施方式中，动力学碳材料原料选自硬碳、微膨胀石墨、膨胀石墨、石墨烯中的一种或几种，动力学碳材料原料(002)晶面的层间距d
002
≥0.3358nm。
[0012]可选地，动力学碳材料原料(002)晶面的层间距d
002
为0.3359nm～0.3366nm。
[0013]当由上述动力学碳材料原料得到的动力学碳材料均匀分布在复合石墨材料的本体颗粒和/或包覆层中时，有利于活性离子的快速嵌入和脱出，从而提升活性离子和电子的传输性能，进而提升二次电池的快速充电性能和低温功率性能，并且不会带来二次电池能量密度的损失。
[0014]在本申请的任意实施方式中，基于复合石墨材料的总质量，动力学碳材料的质量百分含量为1％～30％。可选地，动力学碳材料的质量百分含量为8％～15％。动力学碳材料的质量百分含量在合适的范围内，可以使复合石墨材料在具有高克容量的前提下，还具有较高的活性离子固相传输能力以及较高的活性离子和电子电荷交换速度。
[0015]在本申请的任意实施方式中，复合石墨材料(002)晶面的层间距d
002
为0.3355nm～0.3364nm。可选地，复合石墨材料(002)晶面的层间距d
002
为0.3356nm～0.3361nm。复合石墨材料具有较高的层间距d
002
，可以提升活性离子在其中的固相传输能力，提升二次电池的快速充电性能和低温功率性能。
[0016]在本申请的任意实施方式中，复合石墨材料的体积平均粒径Dv50为8.5μm～14.5μm。可选地，复合石墨材料的体积平均粒径Dv50为10μm～12μm。复合石墨材料的体积平均粒径Dv50在合适范围内，复合石墨材料能具有更好的活性离子和电子传输性能以及快速充电性能，同时复合石墨材料还具有较高的粉体压实密度。
[0017]在本申请的任意实施方式中，本体颗粒的体积平均粒径Dv50为7.5μm～13.5μm。可选地，本体颗粒的体积平均粒径Dv50为9.0μm～11.5μm。复合石墨材料的本体颗粒的体积平均粒径Dv50在合适范围内，复合石墨材料能在具有更好的活性离子和电子传输性能的前提下，还具有更高的克容量。
[0018]在本申请的任意实施方式中，一次颗粒的体积平均粒径Dv50与其所组成的二次颗粒的体积平均粒径Dv50的比值为0.45～0.75。可选地，一次颗粒的体积平均粒径Dv50与其所组成的二次颗粒的体积平均粒径Dv50的比值为0.55～0.65。上述比值在合适的范围内，复合石墨材料的本体颗粒能具有较好的二次颗粒程度，有利于在提高复合石墨材料活性离子和电子传输性能的同时，使其具有较高的结构稳定性。
[0019]在本申请的任意实施方式中，基于复合石墨材料的总质量，包覆层中无定形碳的质量百分含量为1％～8％。可选地，包覆层中无定形碳的质量百分含量为2％～5％。无定形碳的含量在合适范围内，可以使复合石墨材料在具有高克容量的同时，还具有较高的活性离子固相传输能力。
[0020]在本申请的任意实施方式中，复合石墨材料在20000N作用力下的粉体压实密度为1.45g/cm3～1.75g/cm3。可选地，复合石墨材料在20000N作用力下的粉体压实密度为1.55g/cm3～1.65g/cm3。复合石墨材料的粉体压实密度在合适范围内，能使负极膜层具有较高的压
实密度，进而二次电池具有较高的能量密度；此外，复合石墨材料在循环过程中维持负极膜层孔道结构的能力较强，负极极片的电解液浸润性更好，因此还有利于提升二次电池的循环性能。
[0021]本申请第二方面提供一种用于制备复合石墨材料的方法，包括步骤：S10，提供焦粉末或加有动力学碳材料原料粉末的焦粉末，对所述焦粉末或所述加有动力学碳材料原料粉末的焦粉末进行石墨化处理，以得到本体颗粒，所述本体颗粒为两个以上一次颗粒聚集而成的二次颗粒，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合石墨材料，包括本体颗粒以及位于本体颗粒至少一部分表面上的包覆层，所述本体颗粒为两个以上一次颗粒聚集而成的二次颗粒，所述本体颗粒包括人造石墨，所述包覆层包括无定形碳，其特征在于，所述复合石墨材料的空气氧化温度T0为630℃～730℃，可选地为660℃～710℃，其中，所述空气氧化温度T0为在所述复合石墨材料的热重曲线上分别对应于500℃和T1温度的两点处的两条切线的交点所对应的温度，所述T1温度为所述复合石墨材料的微分热重曲线中最大面积峰的峰顶温度，所述热重曲线和所述微分热重曲线可通过在如下条件下进行的热重分析获得：样品质量10
±
0.05mg、吹扫气为空气且气流速率为60mL/min、升温速率为5℃/min、测试温度范围为35℃～950℃。2.根据权利要求1所述的复合石墨材料，其特征在于，所述复合石墨材料还包括动力学碳材料，可选地，所述动力学碳材料位于所述本体颗粒中一次颗粒与一次颗粒之间的至少部分界面处，和/或位于所述包覆层中；可选地，基于所述复合石墨材料的总质量，所述动力学碳材料的质量百分含量为1％～30％，进一步可选地为8％～15％。3.根据权利要求2所述的复合石墨材料，其特征在于，所述动力学碳材料原料选自硬碳、微膨胀石墨、膨胀石墨、石墨烯中的一种或几种，所述动力学碳材料原料(002)晶面的层间距d
002
≥0.3358nm，可选地为0.3359nm～0.3366nm。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的复合石墨材料，其特征在于，所述复合石墨材料(002)晶面的层间距d
002
为0.3355nm～0.3364nm，可选0.3356nm～0.3361nm；和/或，所述复合石墨材料的体积平均粒径Dv50为8.5μm～14.5μm，可选地为10μm～12μm；和/或，所述本体颗粒的体积平均粒径Dv50为7.5μm～13.5μm，可选地为9.0μm～11.5μm；和/或，所述复合石墨材料在20000N作用力下的粉体压实密度为1.45g/cm3～1.75g/cm3，可选地为1.55g/cm3～1.65g/cm3。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的复合石墨材料，其特征在于，所述一次颗粒的体积平均粒径Dv50与其所组成的二次颗粒的体积平均粒径Dv50的比值为0.45～0.75，可选地为0.55～0.65。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的复合石墨材料，其特征在于，基于所述复合石墨材料的总质量，所述包覆层中无定形碳的质量百分含量为1％～8％，可选地为2％～5％。7.一种用于制备复合石墨材料的方法，包括步骤：S10，提供焦粉末或加有动力学碳材料原料粉末的焦粉末，对所述焦粉末或所述加有动力学碳材料原料粉末的焦粉末进行石墨化处理，以得到本体颗粒，所述本体颗粒为两个以上一次颗粒聚集而成的二次颗粒，所述本体颗粒包括人造石墨；S20，将所述本体颗粒与有机碳源混合，或将所述本体颗粒与有机碳源和所述动力学碳材料原料粉末混合，经碳化处理后在本体颗粒至少一部分表面上形成包括无定形碳的包覆
层，以获得所述复合石墨材料，其中，在步骤S10和S20的至少之一中加入了所述动力学...

【专利技术属性】
技术研发人员：康蒙，何立兵，
申请(专利权)人：宁德时代新能源科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：