一种复合负极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种复合负极材料及其制备方法和应用。所述复合负极材料包括硬碳一次颗粒和石墨二次颗粒，所述硬碳一次颗粒位于所述石墨二次颗粒的内部空隙中。所述制备方法包括以下步骤：将石墨二次颗粒与硬碳一次颗粒进行捏合，使硬碳一次颗粒进入石墨二次颗粒的内部空隙中，得到所述复合负极材料。本发明专利技术将小颗粒硬碳一次颗粒材料与石墨二次颗粒混合，使小颗粒填充于二次颗粒的内部空隙中，提高了材料压实密度；并且混合硬碳材料的结构后还可增加材料内部的电子传导通道，提高快充性能。提高快充性能。提高快充性能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合负极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种复合负极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着市场对电动汽车的需求日益增加，在追求续航里程的同时，也对快速充电性能提出了极高的要求。动力锂离子电池作为电动汽车的核心零部件，其能量密度和快充性能决定了电动汽车的续航和快充性能。在动力电池工艺中，为了实现更高的能量密度，采用提高负极极片压实密度和面密度的方法，这对动力电池的快充性能造成很大的负面影响。因此，开发一种可以快充的高压实、高容量人造石墨极为重要。
[0003]为了提高人造石墨的压实密度和容量，商业化产品通常采优选原材料来实现。通过选择易石墨化的石油焦、针状焦或者天然石墨来提升最终产品的容量和压实密度；或者采用表面包覆来实现。通过人造石墨表面包覆工艺，在颗粒表面形成一层软碳或者硬碳，从而提高锂离子的迁移速率，进而提高锂离子电池的快速充电性能，而上述方法虽然都制备出了高容量高压实或者快充石墨负极，但均没有实现高容量高压实和快充性能的兼顾。
[0004]因此，如何提供一种保证高压实密度的同时还能提升快充性能的负极材料，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种复合负极材料及其制备方法和应用。本专利技术将小颗粒硬碳一次颗粒材料与石墨二次颗粒混合，使小颗粒填充于二次颗粒的内部空隙中，提高了材料压实密度；并且混合硬碳材料后还可增加材料内部的电子传导通道，提高快充性能。
[0006]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种复合负极材料，所述复合负极材料包括硬碳一次颗粒和石墨二次颗粒，所述硬碳一次颗粒位于所述石墨二次颗粒的内部空隙中。
[0008]作为本专利技术优选的技术方案，所述石墨二次颗粒的D50与所述硬碳一次颗粒的D50的比值为3～5。
[0009]作为本专利技术优选的技术方案，所述复合负极材料的OI值为4～7，优选为4～5。
[0010]作为本专利技术优选的技术方案，所述复合负极材料的电化学阻抗谱为50～100mΩ，优选为50～80mΩ。
[0011]作为本专利技术优选的技术方案，所述复合负极材料的孔隙率为48～55％。
[0012]作为本专利技术优选的技术方案，所述复合负极材料的拉曼值I
D
/I
G
的比值为15～25％。
[0013]第二方面，本专利技术提供一种如第一方面所述的复合负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0014]将石墨二次颗粒与硬碳一次颗粒进行捏合，使硬碳一次颗粒进入石墨二次颗粒的内部空隙中，得到所述复合负极材料。
[0015]作为本专利技术优选的技术方案，所述石墨二次颗粒的制备方法包括：
[0016]将焦状材料经过破碎，整形，石墨化处理，将石墨化处理的物质与粘结剂二次混合，造粒，得到石墨二次颗粒。
[0017]作为本专利技术优选的技术方案，所述焦状材料包括针状焦；
[0018]作为本专利技术优选的技术方案，所述粘结剂的质量占所述二次混合的物质的质量的3～10％。
[0019]第三方面，本专利技术提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括如第一方面所述的复合负极材料。
[0020]第四方面，本专利技术提供一种电池模组，所述电池模组包括如第三方面所述的锂离子电池。
[0021]第五方面，本专利技术还提供一种整车车辆，所述整车车辆包括如第三方面所述的锂离子电池或如第四方面所述的电池模组。
[0022]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0023](1)本专利技术将小颗粒硬碳一次颗粒材料与石墨二次颗粒混合，使小颗粒填充于二次颗粒的内部空隙中，提高了材料压实密度；并且混合硬碳材料后还可增加材料内部的电子传导通道，提高快充性能，同时调控负极材料的OI值、电化学阻抗谱(EIS)、粒径比、孔隙率以及拉曼值，进一步实现了负极材料同时具备高压实密度和优异的快充性能。扣式电池采用本专利技术提供的复合负极材料，且复合负极材料的OI在4～5，EIS在50～80mΩ范围内时，电池0.5C/0.1C下的倍率性能可达74％以上，1C/0.1C下的倍率性能可达53％以上。
[0024](2)本专利技术将硬碳一次颗粒与石墨二次颗粒进行捏合，使得硬碳一次颗粒进入了石墨二次颗粒的空隙中，且石墨二次颗粒由粘结剂与石墨一次颗粒混合后造粒得到，形成了明显的空隙，得到了高压实密度的复合负极材料，且制备方法简单，容易操作，适用于大规模的生产。
附图说明
[0025]图1为本专利技术一个具体实施方式中提供的复合负极材料的结构示意图。
具体实施方式
[0026]下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本专利技术，不应视为对本专利技术的具体限制。
[0027]材料的各向同性度通常用OI值来表示，OI值为X衍射曲线对应的I
(004)
/I
(110)
的比值，I
(004)
代表(004)晶面的峰强度值，I
(110)
代表(110)晶面的峰强度值，针对包含石墨的负极材料，OI值代表材料的层状结构在004和110两个方向上的取向度，二者的比值越小，证明材料颗粒在垂直层状结构和延层状结构两个方向上的取向度越接近，及OI值越小，表明材料的各向同性度越好。
[0028]电化学阻抗谱性能(EIS)：电化学阻抗通常用来分析电极材料的动力学过程，对得到的曲线进行拟合，曲线一般由三部分构成，高频区的电解液电阻(Rs)，中频区界面电阻(Rsuf)和低频区电荷传输电阻(Rct)。
[0029]拉曼值的D峰位置代表了无序振动峰，G峰位置代表了SP2碳原子的有序的结构振
动峰。拉曼值代表了缺陷结构与有序结构的占比，可表征材料的无序程度。
[0030]在一个具体实施方式中，本专利技术提供一种复合负极材料，如图1所示(图1中小粒径为硬碳一次颗粒，其位于石墨二次颗粒的空隙中)，所述复合负极材料包括硬碳一次颗粒和石墨二次颗粒，所述硬碳一次颗粒位于所述石墨二次颗粒的内部空隙中。
[0031]本专利技术将小颗粒硬碳一次颗粒材料与石墨二次颗粒混合，使小颗粒填充于二次颗粒的内部空隙中，提高了材料压实密度；并且硬碳一次颗粒的各向同性良好，具有较宽的层状间距结构，还可增加材料内部的电子传导通道，提高了材料的快充性能；如果将硬碳一次颗粒与石墨二次颗粒之间混合，则无法实现高的压实密度；石墨二次颗粒的OI值小于一次颗粒，各向同性度更好，而如果采用石墨一次颗粒，则无法得到好的快充性能。
[0032]作为具体实施方式中一个优选的技术方案，石墨二次颗粒的D50与所述硬碳一次颗粒的D50的比值为3～5，例如3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9或5等，但并不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料包括硬碳一次颗粒和石墨二次颗粒，所述硬碳一次颗粒位于所述石墨二次颗粒的内部空隙中。2.根据权利要求1所述的复合负极材料，其特征在于，所述石墨二次颗粒的D50与所述硬碳一次颗粒的D50的比值为3～5。3.根据权利要求1或2所述的复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料的OI值为4～7，优选为4～5。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料的电化学阻抗谱为50～100mΩ，优选为50～80mΩ。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料的孔隙率为48～55％；优选地，所述复合负极材料的拉曼值I
D
/I
G
的比值为15～25％。6.一种如权利要求1
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔乔，王巍，申津婧，高秀玲，马华，
申请(专利权)人：天津市捷威动力工业有限公司，
类型：发明
国别省市：