本申请提供了一种负极活性材料包括内核和包覆所述内核的包覆层。其中，所述内核为石墨，所述包覆层包含碳化钛(TiC)、碳化钨(WC)、碳化铬(Cr3C2)、碳化硼(B4C)以及碳化硅(SiC)中的至少一种，所述包覆层与所述石墨的重量比为(0.01～0.10):1。(0.01～0.10):1。(0.01～0.10):1。
【技术实现步骤摘要】
负极活性材料及其制备方法、负极极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置
[0001]本申请涉及锂离子二次电池
，尤其涉及一种负极活性材料及其制备方法、负极极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置。
技术介绍
[0002]近年来，随着锂离子二次电池的应用范围越来越广泛，锂离子二次电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。由于锂离子二次电池取得了极大的发展，因此对其能量密度、循环性能和安全性能等也提出了更高的要求。
[0003]作为负极材料，石墨因其成本低廉、生产方便、实际容量接近理论容量成为了商业锂离子二次电池的负极活性材料的首选。通常作为负极材料，包括天然石墨和人造石墨等，但是人造石墨表面的缺陷通常活性较高，容易与电解液发生副反应，消耗活性锂；而活性锂离子的损失会降低锂离子二次电池的循环性能，并且会损害锂离子二次电池的使用寿命。因此，现有的对人造石墨的改性技术仍有待改进。
技术实现思路
[0004]专利技术所要解决的技术问题
[0005]本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种负极活性材料，该负极活性材料硬度高，在高度嵌锂的状态下体积膨胀小，因而能抑制负极极片的膨胀程度，延长锂离子二次电池的使用寿命。
[0006]用于解决问题的技术方案
[0007]为了达到上述目的，本申请提供了一种负极活性材料及其制备方法、负极极片、二次电池、电池模块、电池包和用电装置。<br/>[0008]本申请的第一方面提供了一种负极活性材料，包括内核和包覆所述内核的包覆层，
[0009]其中，内核为石墨，包覆层包含碳化钛(TiC)、碳化钨(WC)、碳化铬(Cr3C2)、碳化硼(B4C)以及碳化硅(SiC)中的至少一种，包覆层与石墨的重量比为(0.01～0.10):1。
[0010]由此，本申请的负极活性物质具有核壳结构，以石墨为内核，内核表面有包覆层，包覆层包含碳化钛(TiC)、碳化钨(WC)、碳化铬(Cr3C2)、碳化硼(B4C)以及碳化硅(SiC)中的至少一种，包覆层与石墨的重量比为(0.01～0.10):1。上述包覆层中的碳化物硬度较高能够有效抑制石墨在高度嵌锂电时的膨胀体积，减小负极极片的反弹率，即减小锂离子二次电池内部的膨胀力，从而降低了析锂、电解液不足等问题发生的概率，同时提高了锂离子二次电池的循环寿命。需要说明的是，极片反弹率用于评估极片在100％的嵌锂状态下极片在厚度方向上的膨胀程度，极片反弹率满足下述公式：
[0011][0012]在任意实施方式中，所述包覆层的厚度为10～500nm，可选地为20～200nm。由此，负极活性物质层的包覆层厚度在上述范围内时，既能有足够的刚性能够抑制满嵌锂状态下的石墨颗粒的膨胀，又不会损失过多的克容量，保证了锂离子二次电池的能量密度。
[0013]在任意实施方式中，所述负极活性材料Dv50＝3～50μm，可选地为10～30μm。
[0014]由此，负极活性材料的Dv50选取上述范围，能够避免以下情况：若负极活性材料的Dv50太小，则颗粒微粉过多，可能难以均匀分散于浆料中；反之，则可能会导致涂布的负极极片颗粒划痕过多，同时，Dv50过大可能会增加锂离子在负极活性材料颗粒间的传输路径，进而导致且嵌锂速度过慢。因此，从保证负极活性材料的动力学性能和加工性能的角度出发，负极活性材料的Dv50选取上述范围。
[0015]在任意实施方式中，所述负极活性材料的振实密度为0.8～1.5g/cm3，可选地，0.95～1.2g/cm3；所述负极活性材料的比表面积为0.6～4m2/g，可选地，0.9～2.5m2/g。
[0016]由此，从保证负极活性材料的动力学性能的角度出发，选取上述比表面积范围。所述负极活性材料的比表面积选取上述范围，能够避免以下情况：若负极活性材料的比表面积太小，电解液对其浸润性不佳，活性锂离子在单个颗粒间的迁移能力弱，可能导致其嵌锂速度缓慢；但若负极活性物质的比表面积过大，则可能导致颗粒表面发生副反应，消耗大量活性锂离子，生成过多的固态电解质界面膜(SEI膜)，影响其循环性能。负极活性材料的振实密度在上述范围内时，负极活性物质颗粒间既能紧密接触又能保证电解液充分浸润，缩短了活性锂离子在颗粒间的扩散路径，改善了其动力学性能。
[0017]在任意实施方式中，所述石墨选自人造石墨、天然石墨中的至少一种。从成本低廉和加工方便的角度出发，选取上述种类的石墨。
[0018]本申请的第二方面还提供一种负极活性材料的制备方法：
[0019]将石墨前驱体和含有钛元素的前驱体、钨元素的前驱体、铬元素的前驱体、硼元素的前驱体以及硅元素的前驱体中的至少一种的包覆材料均匀混合后，在2500～3500℃的石墨化温度下保持10～60小时使其进行石墨化后，冷却至室温，获得负极活性物质。
[0020]其中，负极活性物质包括内核和包覆内核的包覆层，内核为石墨，包覆层包含碳化钛(TiC)、碳化钨(WC)、碳化铬(Cr3C2)、碳化硼(B4C)以及碳化硅(SiC)中的至少一种，包覆层与所述石墨的重量比为(0.01～0.10):1。
[0021]由此，本申请通过将石墨前驱体和含有钛元素的前驱体、所述钨元素的前驱体、铬元素的前驱体、硼元素的前驱体以及所述硅元素的前驱体中的至少一种的包覆材料均匀混合后，原位烧结得到负极活性材料。所制得的负极活性材料能够有效抑制石墨在高度嵌锂时的膨胀体积，减小负极极片的反弹率，减小锂离子二次电池内部的膨胀力，从而降低了析锂、电解液不足等问题发生的概率，同时提高了锂离子二次电池的使用寿命。
[0022]此外，在上述烧结温度区间和烧结时间内，石墨前驱体在充分石墨化的同时，能够直接在石墨颗粒表面原位形成碳化物的包覆层，不仅省去了常规方法的二次包覆时所产生的额外耗能，而且还能控制包覆层的厚度，在低包覆量的情况下，就能起到抑制膨胀的作用。
[0023]在任意实施方式中，所述石墨前驱体选自无烟煤、焦炭以及针状焦中的至少一种，
所述石墨前驱体的Dv50＝8～25μm。由此，从经济成本和便捷性出发，选取具有上述Dv50的上述物质作为石墨前驱体。
[0024]在任意实施方式中，所述石墨化反应的升温速率为5～20℃/分钟，和/或，所述石墨化反应在氩气或氦气的气氛下进行。
[0025]由此，石墨化反应升温速率在上述范围内时，石墨前驱体能均匀受热，从而制得石墨化程度高，表面缺陷较少的石墨。此外，在上述气氛下进行石墨化反应，能确保石墨前驱体不会与氧气反应。
[0026]在任意实施方式中，所述包覆材料Dv50＝0.2～10μm。
[0027]由此，包覆材料的Dv50在上述范围内时，能与石墨前驱体充分混和，制得的负极活性材料具有均匀的包覆层。
[0028]在任意实施方式中，所述钛元素的前驱体选自Ti单质、TiO2、TiO、Ti2O3以及TiH2中的至少一本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种负极活性材料，其特征在于，包括内核和包覆所述内核的包覆层，其中，所述内核为石墨，所述包覆层包含碳化钛(TiC)、碳化钨(WC)、碳化铬(Cr3C2)、碳化硼(B4C)以及碳化硅(SiC)中的至少一种，所述包覆层与所述石墨的重量比为(0.01～0.10):1。2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述包覆层的厚度为10～500nm，可选地为20～200nm。3.根据权利要求1或2所述的负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料Dv50＝3～50μm，可选地，10～30μm。4.根据权利要求1～3任一项所述的负极活性材料，其特征在于，所述负极活性材料的振实密度为0.8～1.5g/cm3，可选地，0.95～1.2g/cm3，所述负极活性材料的比表面积为0.6～4m2/g，可选地，0.9～2.5m2/g。5.根据权利要求1～4任一项所述的负极活性材料，其特征在于，所述石墨选自人造石墨、天然石墨中的至少一种。6.一种负极活性材料的制备方法，其特征在于，将石墨前驱体和含有钛元素的前驱体、所述钨元素的前驱体、铬元素的前驱体、硼元素的前驱体以及所述硅元素的前驱体中的至少一种的包覆材料均匀混合后，在2500～3500℃的石墨化温度下保持10～60小时使其进行石墨化后，冷却至室温，获得负极活性物质，其中，所述负极活性物质包括内核和包覆所述内核的包覆层，所述内核为石墨，所述包覆层包含碳化钛(TiC)、碳化钨(WC)、碳化铬(Cr3C2)、碳化硼(B4C)以及碳化硅(SiC)中的至少一种，所述包覆层与所述石墨的重量比为(0.01～0.10):1。7.根据权利要求6所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨成龙，
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：
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