负极材料及电池制造技术

本发明专利技术公开了负极材料及电池，其中石墨负极材料包括石墨化碳颗粒，且满足公式V

【技术实现步骤摘要】
负极材料及电池


[0001]本专利技术涉及离子电池负极材料
，具体而言，涉及负极材料及电池。

技术介绍

[0002]电动汽车产业的快速发展对锂离子电池的快充能力提出了更高的要求，目前针对快充电池的设计更多针对的是电极结构的改进，例如采用倍率性能更好的正负极材料。倍率性能表示电芯充放电电流大小的比率，不仅影响着电池的充放电能力，还对充电速率有很大影响，而普通电池如果进行快充的话易造成负极析锂，导致电池性能衰减加快，严重时可造成电池内部短路，发生起火爆炸，提高电池的倍率性能可以在一定程度上改善此问题。
[0003]对于石墨负极，一般而言，提升倍率性能容易想到的就是通过构筑微孔结构，为石墨材料创造更多的锂离子扩散通道，促进锂离子在固液界面及固相内的扩散；另外，石墨材料比表面积大，含有的活性部位增多，反应面积增大，倾向于表现出高倍率性能。事实上，在石墨材料已经发展很成熟的现阶段，单一地改善一种参数，倍率性能并不一定能达到最优。目前亟需从多种因素之间的协同作用出发进行深入的研究，才能最大程度改善石墨的倍率性能。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本申请针对现有技术的不足，提供一种新的负极材料及应用该负极材料的电池，克服现有负极材料未考虑孔体积V、比表面积S和取向度OI对石墨负极材料的相互作用，导致石墨负极材料的性能尤其是快充性能相对较差的问题。
[0005]本专利技术是这样实现的：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种负极材料，包括石墨材料，且满足公式V
×
S/OI＝1.74
×
107cm5/kg2～6.1
×
107cm5/kg2；其中，V为负极材料的孔体积，单位为cm3/kg；S为负极材料的比表面积，单位为m2/g；OI为负极材料的取向度，
[0007]所述孔体积采用美国麦克公司ASAP2460设备进行测试、采用BJH Desorption cumulative volume of pores模型在孔径范围内计算得到。
[0008]在可选的实施方式中，所述负极材料满足：V
×
S/OI＝2.1
×
107cm5/kg2～3.17
×
107cm5/kg2。
[0009]在可选的实施方式中，所述孔体积V为5.0cm3/kg～8.0cm3/kg。
[0010]在可选的实施方式中，所述比表面积S为1.8m2/g～3.0m2/g。
[0011]在可选的实施方式中，所述取向度OI为3.8～5.4。
[0012]在可选的实施方式中，所述负极材料的孔径分布范围为
[0013]在可选的实施方式中，所述负极材料的中值粒径为10～30μm。
[0014]在可选的实施方式中，所述石墨材料的石墨化度为91～95％。
[0015]在可选的实施方式中，所述负极材料还包括无定形碳。
[0016]在可选的实施方式中，所述负极材料中所述无定形碳的质量含量小于5％。
[0017]在可选的实施方式中，所述石墨材料包含人造石墨。
[0018]第二方面，本专利技术提供一种电池，所述电池包含第一方面所述的负极材料。
[0019]本专利技术具有以下有益效果：
[0020]申请提供的负极材料，包括石墨材料，石墨材料内部和/或表面具有孔，负极材料的孔体积为V，比表面积为S，取向值为OI，其中，V*S/OI＝1.74
×
107cm5/kg2～6.1
×
107cm5/kg2。石墨材料中一定范围内的孔体积可以增加锂离子的扩散通道，促进锂离子在固液界面及固相内的扩散，降低浓差极化，有利于提高负极材料倍率性能。同时，一定范围内的比表面积可以保证足够的电化学反应界面，促进锂离子在固液界面及固相内的扩散，降低浓差极化，有利于提高负极材料倍率性能。申请人在此基础上对如何进一步提高石墨材料的倍率性能进行研究，在众多考虑因素中有目的地进行探索，发现将石墨负极的取向度OI与比表面积、孔体积结合起来可以更大程度地提高锂离子迁移速率，原因推测为，锂离子在石墨材料中的扩散具有很强的方向性，即它只能垂直于石墨晶体c轴方向的端面进行嵌入，如果垂直于石墨晶体c轴方向的端面不够，一味的去改善孔体积和比表面积，会存在大量“锂离子不可脱嵌界面”，不利于倍率性能的提升，OI值代表石墨的取向度，在一定程度上体现了垂直于石墨晶体c轴方向的端面的数量。本申请将负极材料的V*S/OI控制在上述范围内，有利于提高“锂离子有效脱嵌界面”，提升材料的倍率性能。
[0021]本申请提供的负极材料，通过连续石墨化工艺生产加工而成，使得所有物料连续进料和连续出料，进而经过高温区的时间和温度保持一致，且石墨化过程通过对升降温速率的控制，使得材料内挥发分、杂质元素等物质能够均匀快速逸出，同时，通过两次压型工艺，以及对压型压力大小的调节，实现对石墨孔体积、比表面积和取向度的精准控制。上述工艺方法的协同使用，克服了传统石墨化炉内不同位置存在温度梯度导致物料受热不均匀，生产加工出的产品比表面积、孔体积、取向度等指标波动较大不受控等问题点，从而使加工出的材料孔体积、比表面积、取向度达到理想的调控设计要求。
[0022]本申请提供的负极材料因为使用连续石墨化工艺，单位质量内的能耗低，成本和生产周期具有明显的优势，且环境友好。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0024]图1为本申请实施例1中石墨负极材料的SEM图。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0026]在负极材料领域，针对连续石墨化设备的开发持续几十年，早在1987年就有专利
(US06619591)公开了可以对含碳材料进行连续石墨化处理的设备，近些年，申请人也不断在对连续石墨化设备进行开发，比如2019年申请的授权公告号为CN211425033U的专利公开了一种立式连续锂电池负极材料生产用炉窑，可以实现从排料口连续排料，同时从物料管道连续加料。由于连续石墨化工艺与传统工艺相比，石墨化的时间从几天缩短到几小时，能耗的降低是相当的显著，但石墨化的时间大大缩短导致与常规石墨材料相比，连续石墨化工艺使得石墨材料微观结构的改变，尤其是石墨材料内部孔结构的改变、晶型的变化等。长久以来，业内经过验证认为，这种改变难以满足石墨材料的性能要求，且是难以改善的，因此三四十年来即使连续石墨化设备一直存在，连续石墨化的石墨产品始终未本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极材料，其特征在于：包括石墨材料，且满足公式V
×
S/OI＝1.74
×
107cm5/kg2～6.1
×
107cm5/kg2；其中，V为负极材料的孔体积，单位为cm3/kg；S为负极材料的比表面积，单位为m2/g；OI为负极材料的取向度，所述孔体积采用美国麦克公司ASAP2460设备进行测试、采用BJH Desorption cumulative volume of pores模型在孔径范围内计算得到。2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于：V
×
S/OI＝2.1
×
107cm5/kg2～3.17
×
107cm5/kg2。3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于：所述孔体积V为5.0cm3/...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝煊，黄健，李东东，杨书展，任建国，
申请(专利权)人：贝特瑞新材料集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：