负极活性材料、负极极片、二次电池、电池模块、电池包及其用电装置制造方法及图纸

本申请涉及一种负极活性材料、负极极片、二次电池、电池模块、电池包及其用电装置。所述负极活性材料包括石墨与硬碳，所述石墨的平均球形度0.1≤A≤0.7，所述硬碳的平均球形度0.8≤B＜1，并且0.1≤B

【技术实现步骤摘要】
负极活性材料、负极极片、二次电池、电池模块、电池包及其用电装置


[0001]本申请涉及电池
，具体地涉及一种负极活性材料、负极极片、二次电池、电池模块、电池包及其用电装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着人们对清洁能源需求的日益递增，二次电池已广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，以及电动工具、军事装备、航空航天等多个领域。由于二次电池的应用领域得到了极大的扩展，因此对其性能也提出了更高的要求。
[0003]为进一步缩短二次电池的充电时间，提升用户体验，如何提升二次电池的快充性能，这已成为一项亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]技术问题
[0005]本申请是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种具有良好快充性能的负极活性材料、负极极片、二次电池、电池模块、电池包及其用电装置。
[0006]技术方案
[0007]本申请的专利技术人为了解决上述问题而完成了本申请。
[0008]本申请的第一方面提供一种负极活性材料，所述负极活性材料包括石墨与硬碳，所述石墨的平均球形度0.1≤A≤0.7，所述硬碳的平均球形度0.7≤B＜1，并且0.1≤B
‑
A≤0.8。
[0009]本申请中，选取硬碳作为负极活性材料的成分。一方面，相较传统的人造石墨和天然石墨，硬碳还有着大量的微孔结构，这些微孔结构可以提供大量锂离子通道和额外的储锂空间，使其拥有更快的储锂速度和更高的储锂容量；另一方面，硬碳难以被压缩的特性，还能够使其在极片中承担骨架的作用，均匀分散石墨产生的应力，能够更好地减小极片的体积膨胀。然而，硬碳的特殊结构也使其难以被压缩，单独用其制成的负极极片压实密度低，无法满足二次电池的能量密度需求。因此，本专利技术将石墨与硬碳混合一并作为负极活性材料，能够提升二次电池充电速度，同时满足二次电池的能量密度需求。
[0010]本申请中，选取高平均球形度的硬碳与低平均球形度的石墨进行搭配，可以等效视为每个硬碳颗粒的四周围有一圈石墨。在大电流的嵌锂过程中，外围的石墨颗粒与中心的硬碳颗粒一同嵌锂，一方面，硬碳嵌锂快、容量高的特性使其可以为周围的石墨颗粒缓冲、分流存储锂离子，避免石墨过度嵌锂而发生过度的电化学极化，乃至析锂的情况；另一方面，硬碳颗粒的高球形度能使其各方向上的锂离子扩散路径相近，从而保证各方向上嵌锂程度的均匀性，防止硬碳颗粒部分区域嵌锂度高、饱和快而失去缓冲能力，发生石墨颗粒电化学极化乃至析锂的情况。由此，本申请通过选取高平均球形度的硬碳与低平均球形度的石墨进行搭配，进一步提升二次电池的快充性能。
[0011]此外，硬碳颗粒与石墨颗粒的平均球形度相差不宜过小。本申请通过将硬碳与石墨平均球形度的差值限定在一定范围内，能够防止石墨与硬碳混合时二者各自独立，颗粒间隔大的情况，在负极活性材料内能够形成石墨围绕硬碳的结构，进而保证二次电池的快充性能。
[0012]在任意实施方式中，所述石墨的拉曼光谱中，D峰的峰强度I
D1
与G峰的峰强度I
G1
之间满足0.4＜I
D1
/I
G1
＜2；和/或，所述硬碳的拉曼光谱中，D峰的峰强度I
D2
与G峰的峰强度I
G2
之间满足1＜I
D2
/I
G2
＜2。
[0013]由此，本申请通过挑选合适D峰与G峰强度比值范围内的石墨与硬碳，能够保证石墨与硬碳较大的缺陷程度，这些缺陷能够提供离子通道，使材料更快传导离子，从而保证二次电池的快充性能。
[0014]在任意实施方式中，所述石墨与所述硬碳的拉曼光谱中，D峰的峰强度I
D1
、I
D2
与G峰的峰强度I
G1
、I
G2
之间满足I
D1
/I
G1
≤I
D2
/I
G2
。
[0015]由此，本申请选用的石墨D峰与G峰峰强度的比值比硬碳的更大，即相比选用的石墨，选用的硬碳有着更大的表面缺陷，能够保证硬碳有着更快的嵌锂速度与更高的储锂容量，进而在充电过程，能为周围的石墨颗粒缓冲、分流存储锂离子，以进一步提升二次电池的快充性能。
[0016]在任意实施方式中，所述石墨的OI值为1～30，所述石墨的OI值＝C
004
/C
110
，C
004
为所述石墨004晶面衍射峰的峰面积，C
110
为所述石墨110晶面衍射峰的峰面积。OI值越小时，石墨在嵌锂过程中的方向选择性越小，有利于嵌锂膨胀的扩散，使嵌锂过程产生的膨胀被分散到各个方向。由此，本申请通过挑选合适OI值范围内的石墨，能够降低负极极片的循环膨胀。
[0017]在任意实施方式中，所述石墨的体积平均粒径Dv50为3μm～30μm；和/或，所述硬碳的体积平均粒径Dv50为3μm～9μm。本申请通过将所述石墨和所述硬碳的平均体积粒径Dv50控制在合适的范围内，可以缩短石墨颗粒与硬碳颗粒从核心到表面的短扩散路径，进而保证锂离子从外部到内部的短传送时间，能够提升负极活性材料的嵌锂速度，提升二次电池的快充性能。
[0018]在任意实施方式中，基于所述负极活性材料的总质量，所述硬碳的质量百分比为1％～99％，可选地为10％～70％，进一步可选地，所述硬碳的质量百分比为10％～50％。
[0019]在任意实施方式中，基于所述负极活性材料的总质量，所述硬碳的质量百分比不高于所述石墨的质量百分比。
[0020]由此，本申请通过将所述硬碳与所述石墨的质量百分比控制在合适的范围内，可以防止硬碳比例过低而导致倍率性能差的情况，能够提升二次电池的快充性能。
[0021]本申请的第二方面提供一种负极极片，所述负极极片含有本申请第一方面的负极活性材料。相较其他负极极片，本申请的负极极片具有优异的快充性能。
[0022]在任意实施方式中，所述负极极片的压实密度为1.00g/cm3～1.80g/cm3。由此，本申请通过将负极极片的压实密度控制在合适的范围内，能够满足二次电池的容量需求。
[0023]本申请的第三方面提供一种二次电池，其包括本申请第二方面的负极极片。所述二次电池具有优异的快充性能。
[0024]本申请的第四方面提供一种电池模块，其包括本申请第三方面的二次电池。所述
电池模块具有优异的快充性能。
[0025]本申请的第五方面提供一种电池包，其包括本申请第四方面的电池模块。所述电池包具有优异的快充性能。
[0026]根据本申请的第六方面，提供一种用电装置，其包括本申请第三方面的二次电池、本申请第四方面的电池模块或本申请第五方面的电池包中的至少一种。所述用电装置具有优异的快充性能。
[0027]有益效果
[0028]本申请提供一种负极活性材料，所述负极活性材料选取高平均球形度本文档来自技高网...

【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，所述负极活性材料包括石墨与硬碳，所述石墨的平均球形度0.1≤A≤0.7，所述硬碳的平均球形度0.7≤B＜1，并且0.1≤B
‑
A≤0.8。2.如权利要求1所述的负极活性材料，其特征在于，所述石墨的拉曼光谱中，D峰的峰强度I
D1
与G峰的峰强度I
G1
之间满足0.4＜I
D1
/I
G1
＜2；和/或，所述硬碳的拉曼光谱中，D峰的峰强度I
D2
与G峰的峰强度I
G2
之间满足1＜I
D2
/I
G2
＜2。3.如权利要求2所述的负极活性材料，其特征在于，所述石墨与所述硬碳的拉曼光谱中，D峰的峰强度I
D1
、I
D2
与G峰的峰强度I
G1
、I
G2
之间满足I
D1
/I
G1
≤I
D2
/I
G2
。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的负极活性材料，其特征在于，所述石墨的OI值为1～30，其中，所述石墨的OI值＝C
004
/C
110
...

【专利技术属性】
技术研发人员：范国凌，
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：