一种负极材料、碳框架材料及其制备方法技术

本申请涉及一种负极材料，包括碳框架材料和负极活性物质。碳框架材料包括三维网络骨架。负极活性物质分布在碳框架材料的三维网络骨架中。负极活性物质包括碳质材料。碳框架材料具有三维网络骨架，抗压能力强，通过将负极活性物质笼封装隔离在三维网络骨架中，能够使骨架中的多孔结构作为缓冲层充分吸收、减弱由负极活性物质嵌锂脱锂所释放的不均匀应力。由于不均匀应力被分散均匀，负极活性物质之间的应力叠加效应也被相应削弱，因此宏观上表现出了负极膨胀率降低，进而提升了电芯的循环存储性能。本申请还涉及一种碳框架材料及其制备方法、负极极片及其制备方法、二次电池、电池模块、电池包和用电装置。电池包和用电装置。电池包和用电装置。

【技术实现步骤摘要】
一种负极材料、碳框架材料及其制备方法


[0001]本申请涉及二次电池领域，具体涉及一种负极材料、碳框架材料及其制备方法、负极极片及其制备方法、二次电池、电池模块、电池包和用电装置。

技术介绍

[0002]随着技术的发展，电池等清洁能源逐渐代替传统化石能源，为各类场景提供动力。然而，不管是方形铝壳电池还是软包电池，高温存储或循环后期都会发生鼓胀。大量研究表明，电芯膨胀主要来源于负极膨胀。
[0003]因此，如何降低负极膨胀率成为电池领域亟待解决的技术难题。

技术实现思路

[0004]鉴于
技术介绍
中存在的问题，本申请提供一种负极材料，该负极材料能够降低负极膨胀率。
[0005]本申请第一方面提供的负极材料包括碳框架材料和负极活性物质。碳框架材料包括三维网络骨架。负极活性物质分布在碳框架材料的三维网络骨架中。负极活性物质包括碳质材料。
[0006]本申请实施例的技术方案中，碳框架材料具有三维网络骨架，抗压能力强，通过将负极活性物质笼封装隔离在三维网络骨架中，能够使骨架中的多孔结构作为缓冲层充分吸收、减弱由负极活性物质嵌锂脱锂所释放的不均匀应力。由于不均匀应力被分散均匀，负极活性物质之间的应力叠加效应也被相应削弱，因此宏观上表现出了负极膨胀率降低，进而提升了电芯的循环存储性能。
[0007]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第一种示例，负极活性物质与碳框架材料的质量比为(86.5
‑
96):(0.5
‑
10)。
[0008]该设计中，通过优化负极活性物质与碳框架材料的质量比，有利于降低负极膨胀率，提升电芯的循环存储性能。
[0009]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第二种示例，负极活性物质与碳框架材料的质量比为(91.5
‑
95.5):(1
‑
5)。
[0010]该设计中，通过进一步优化负极活性物质与碳框架材料的质量比，有利于降低负极膨胀率，同时确保负极极片的克容量不受影响。碳框架材料用量过大时，会在负极活性物质周围形成过厚的骨架包覆，导致负极活性物质(如石墨)的嵌锂脱锂能力降低，进而导致负极极片的克容量发挥降低。碳框架材料用量过小时，起不到降低负极膨胀率的效果。
[0011]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第三种示例，碳框架材料的比表面积为1000
‑
3200m2/g。
[0012]该设计中，通过优化碳框架材料的比表面积，有利于碳框架材料更好地笼封装隔离负极活性物质，并且有利于电荷的快速转移。比表面积过小，不利于进行笼封装隔离，也不利于电荷的快速转移。比表面积过大，对生产工艺要求苛刻，生产成本高。
[0013]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第四种示例，碳框架材料的介孔率为20％
‑
85％。
[0014]该设计中，通过优化碳框架材料的介孔率，有利于碳框架材料更好地笼封装隔离负极活性物质。介孔率过小，骨架中的多孔结构以微孔为主，其无法对负极活性物质形成笼封装隔离，因此介孔率过小时，碳框架材料无法充分发挥分散应力的作用。介孔率过大，对生产工艺要求苛刻，生产成本高。
[0015]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第五种示例，碳框架材料的质量密度为0.15
‑
0.5mg/cm
‑2。
[0016]该设计中，通过优化碳框架材料的质量密度，可以使碳框架材料在降低负极膨胀率的同时，不影响负极克容量的发挥，并且对电芯整体重量基本上无影响。
[0017]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第六种示例，碳框架材料的抗压强度为3
‑
25Mpa。
[0018]该设计中，通过优化碳框架材料的抗压强度，有利于降低负极膨胀率。
[0019]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第七种示例，碳框架材料为炭气凝胶。
[0020]该设计中，炭气凝胶具有三维网络骨架，比表面积大，孔隙率高、密度小、材料轻，抗压能力强，能够均匀分散由负极活性物质因脱锂嵌锂而释放的不均匀应力，有效降低负极膨胀率，进而提升电芯的循环存储性能。
[0021]在一些实施例中，根据第一方面，提出第一方面的第八种示例，碳质材料包括人工石墨、天然石墨、硬碳、软碳中的至少一种。
[0022]上述碳质材料在脱锂嵌锂过程中会释放不均匀的应力，导致负极膨胀，通过利用碳框架材料对这些碳质材料进行笼封装，很好地降低了负极膨胀率。
[0023]本申请的第二方面提供一种碳框架材料的制备方法，包括以下步骤：
[0024]将氨基多糖、共晶熔融盐和溶剂混合，形成湿凝胶；
[0025]将湿凝胶冷冻干燥，得到干凝胶；以及
[0026]将干凝胶进行炭化处理，得到碳框架材料。
[0027]本申请实施例的技术方案中，氨基多糖和共晶熔融盐的配合使用，能够在碳框架材料内部形成丰富的孔隙结构，提高孔隙一致性，同时提高碳框架材料的抗压能力。
[0028]在一些实施例中，根据第二方面，提出第二方面的第一种示例，共晶熔融盐包括ZnCl2、LiCl、KCl、NaCl中的任意两种盐。
[0029]该设计中，共晶熔融盐具有低熔点、宽温域，能够促使碳体内微孔和介孔、特别是介孔大量发育。
[0030]在一些实施例中，根据第二方面，提出第二方面的第二种示例，共晶熔融盐与氨基多糖的质量比为(1
‑
15):1。
[0031]该设计中，通过优化共晶熔融盐与氨基多糖的质量比，有利于提高碳框架材料的孔隙丰富度、孔隙一致性和抗压能力。
[0032]本申请的第三方面提供一种碳框架材料，通过本申请第二方面所述的制备方法获得。
[0033]本申请实施例的技术方案中，通过本申请第二方面所述的制备方法获得的碳框架
材料，具有高的孔隙丰富度、高的孔隙一致性和高的抗压能力。
[0034]本申请的第四方面提供一种负极极片，包括本申请第一方面所述的负极材料。
[0035]本申请实施例的技术方案中，由于采用了本申请第一方面的负极材料，因此，本申请的负极极片能够降低负极膨胀率。
[0036]本申请的第五方面提供一种负极极片的制备方法，包括：
[0037]将负极活性物质、碳框架材料、导电剂、粘结剂、溶剂混合，得到负极浆料；以及
[0038]将负极浆料涂布在负极集流体上并烘干。
[0039]本申请实施例的技术方案中，通过将负极活性物质、碳框架材料等原料混合、涂布、烘干，即可得到负极极片，该制备方法操作简单、重复性强，适合大规模工业化应用。
[0040]本申请的第六方面提供一种二次电池，包括本申请第四方面所述的负极极片或根据本申请第五方面所述的制备方法获得的负极极片。
[0041]本申请实施例的技术方案中，由于采用了本申请第一方面的负极材料，因此，本申请的二次电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于，包括：碳框架材料，包括三维网络骨架；负极活性物质，分布在所述碳框架材料的三维网络骨架中，所述负极活性物质包括碳质材料。2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极活性物质与所述碳框架材料的质量比为(86.5
‑
96):(0.5
‑
10)。3.根据权利要求2所述的负极材料，其特征在于，所述负极活性物质与所述碳框架材料的质量比为(91.5
‑
95.5):(1
‑
5)。4.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述碳框架材料的比表面积为1000
‑
3200m2/g。5.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述碳框架材料的介孔率为20％
‑
85％。6.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述碳框架材料的质量密度为0.15
‑
0.5mg/cm
‑2。7.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述碳框架材料的抗压强度为3
‑
25Mpa。8.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述碳框架材料为炭气凝胶。9.根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述碳质材料包括人工石墨、天然石墨、硬碳、软碳中的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅寒立，徐佳伟，朱嘉哲，徐硕言，李振华，李星，张宇，
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：