一种硬碳负极材料、负极片和电池制造技术

本发明专利技术涉及负极片材料的技术领域，提供了一种硬碳负极材料，所述硬碳负极材料呈多微孔层状结构；其中，所述微孔的最可几孔径为0.35nm

【技术实现步骤摘要】
一种硬碳负极材料、负极片和电池


[0001]本专利技术涉及负极材料的
，具体涉及一种硬碳负极材料、负极片和电池。

技术介绍

[0002]非水电解质二次电池主要由正极材料、负极材料、非水电解质和隔膜四部分组分。其中，正极材料一般采用过渡金属氧化物，负极通常采用石墨类碳材料。常规的石墨负极碳材料在二次电池几百圈循环后会出现体积膨胀偏大，循环容量保持率下降快等问题。张杰男博士的博士学位论文中提出二次电池中正极材料的过压会导致过渡金属元素溶出，溶出的过渡金属离子进一步催化负极SEI膜的生长，从而产生电芯极化增加和电芯的循环失效等问题。耐高压正极材料的研究和使用是提高二次电池循环性能的关键因素。林聪在Nat.Nanotech.期刊中发表的文章指出，常规钴酸锂正极材料在4.5V左右开始出现结构的不可逆破坏。现有的掺杂和包覆等技术虽然可以适当提高正极材料的工作电压，但难以突破4.6V。
[0003]若从二次电池的负极角度考虑，在全电池的固定压差下，更低的负极工作平台电压，也可以实现降低正极工作电压的目的。因此，开发更低工作平台电压的负极材料预期可以改善二次电池的循环寿命。已知常规石墨负极碳材料的嵌锂平台电压接近锂金属还原电压0V，所以降低负极的嵌锂电压可能会使得部分锂离子还原成锂金属，即产生析锂问题。析锂问题会引起锂枝晶的生长，进而会出现隔膜刺穿电芯短路的风险。
[0004]因此，研发一种能避免锂枝晶生长，且能降低正负极电压的负极材料是十分重要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种硬碳负极材料，包含该硬碳负极材料的负极片和电池。本专利技术使用硬碳负极材料的锂离子电池，可以有效避免负锂枝晶生长，实现了降低正负极电压的目的。
[0006]本专利技术的专利技术人发现，硬碳负极材料具有特殊超细微孔结构，应用于锂离子电池时，可以实现微孔嵌锂，使锂离子在0V电压附近于硬碳负极材料的微孔结构内转化为团簇态锂。如此可以有效避免锂枝晶的生长，同时有效控制了嵌锂前后负极材料的体积膨胀，实现了降低正负极电压。而且在改善电池循环容量保持率的同时，还能降低负极的体积膨胀率。
[0007]本专利技术的专利技术人研究还发现，所述硬碳负极材料应用于钠离子电池时，也可以实现微孔嵌钠，可以减少负极析钠的现象，从而有效避免钠枝晶的生长(与锂电池改善机理类似)。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种硬碳负极材料，所述硬碳负极材料呈多微孔层状的微观结构；其中，所述微孔的最可几孔径为0.35nm
‑
1.5nm；所述硬碳负极材料在63.66Mpa下的电导率为2
‑
130S/cm。
[0009]本专利技术第二方面提供了一种负极片，所述负极片包括本专利技术第一方面所述的硬碳负极材料。
[0010]本专利技术第三方面提供了一种电池，所述电池包括本专利技术第一方面所述的硬碳负极材料，或本专利技术第二方面所述的负极片。
[0011]本专利技术采用上述技术方案具有以下有益效果：
[0012](1)本专利技术提供的硬碳负极材料具有超细微孔结构，应用于锂电池时，该微孔结构具有嵌锂的容器作用，使锂离子在0V电压附近于硬碳负极材料的微孔结构内转化为团簇态锂，避免锂枝晶生长，提高锂电池的安全性能；
[0013](2)本专利技术提供的硬碳负极材料具有超细微孔结构，应用于钠离子电池时，也可以实现微孔嵌钠，可以减少负极析钠的现象，从而有效避免钠枝晶的生长，提高钠电池的安全性能；
[0014](3)本专利技术提供硬碳负极材料可以降低负极工作电位，进而降低了正极工作电压，减少了正极过压导致的过渡金属元素溶出，明显改善了电池的循环性能。
[0015]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
附图说明
[0016]图1所示为实施例1中，热重分析法测试硬碳负极材料的dt/dwt％
‑
t曲线图。
[0017]图2所示为实施例1的电池在45℃下，3C倍率充放电
‑
正负极曲线变化图。
[0018]图3所示为实施例1的电池在45℃下，3C倍率循环容量保持率的曲线变化图。
具体实施方式
[0019]以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0020]除非另有定义，本专利技术中所使用的所有科学和技术术语具有与本专利技术涉及
的技术人员通常理解的相同的含义。
[0021]本专利技术第一方面提供了一种硬碳负极材料，所述硬碳负极材料呈多微孔层状的微观结构；其中，所述微孔的最可几孔径为0.35nm
‑
1.5nm；所述硬碳负极材料在63.66Mpa下的电导率为2
‑
130S/cm。
[0022]本专利技术中，所述硬碳负极材料的微孔的孔径微分分布曲线上会出现一个峰值，该峰值对应的孔径称为“最可几孔径”，其表示这一尺寸范围的孔出现的几率最高。
[0023]本专利技术中，需要采用精准仪器测试所述“最可几孔径”，所述精准仪器需要有双级真空系统，10
‑3Pa量级的多级压力传感器和低压下压力的精密控制系统，能够保证可以测定孔径从0.35nm到2nm之间的最可几孔径。
[0024]在一实例中，所述微孔的最可几孔径例如可以为0.35nm、0.5nm、0.6nm、0.7nm、0.8nm、0.9nm、0.93nm、1nm、1.2nm、1.4nm、1.5nm。
[0025]在一实例中，所述硬碳负极材料在63.66Mpa下的电导率测试方法为四探针粉末测
试法。具体地，在施加压力下固定面积利用高精度四探针仪测试粉末样品的电阻值，厚度，测试软件自动计算其电阻率、电导率及压实密度等物理量值。
[0026]在一实例中，所述硬碳负极材料在63.66Mpa下的电导率例如可以为2S/cm、5S/cm、10S/cm、20S/cm、40S/cm、60S/cm、80S/cm、100S/cm、120S/cm、130S/cm。
[0027]本专利技术中，以所述硬碳负极材料应用于锂离子电池为例，通过限定该硬碳材料微孔的最可几孔径，可以使该硬碳负极材料中的超细微孔具有嵌锂的容器作用，使得锂离子可以在0V电位附近还原成锂金属并吸附在超细微孔内，避免锂枝晶生长的同时降低负极工作电位，进而降低了正极工作电压，减少了正极过压导致的过渡金属元素溶出，明显改善了电池的循环性能。
[0028]本专利技术人进一步研究发现，微孔的最可几孔径在0.35nm
‑
1.5nm之间的硬碳粉末，同时满足在63.66Mpa下的电导率为2
‑
130S/cm，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬碳负极材料，其特征在于，所述硬碳负极材料呈多微孔层状的微观结构；其中，所述微孔的最可几孔径为0.35nm
‑
1.5nm，所述硬碳负极材料在63.66Mpa下的电导率为2
‑
130S/cm。2.根据权利要求1所述的硬碳负极材料，其中，所述微孔的最可几孔径为0.4nm
‑
1.2nm；和/或，所述硬碳负极材料在63.66Mpa下的电导率为5
‑
80S/cm。3.根据权利要求2所述的硬碳负极材料，其中，所述微孔的最可几孔径为0.5nm
‑
0.9nm；和/或，所述硬碳负极材料的微孔内水全部脱出时对应的温度范围为150
‑
450℃。4.根据权利要求3所述的硬碳负极材料，其中，所述硬碳负极材料的微孔内水全部脱出时对应的温度范围为160
‑
400℃；和/或，所述层状的微观结构的平均层面间距d
002
为0.3nm
‑
0.45nm，优选为0.35nm
‑
0.42nm。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的硬碳负极材料，其中，所述硬碳负极材料在0.8V时的脱锂/钠容量记为A，在2V时的脱锂/钠容量记为B，所述A/B的比值为0.2
‑
0.9。6.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的硬碳负极材料，其中，所述硬碳负极材料满足以下至少一种：(a)所述硬碳负极材料D50为0.3μm
‑
35μm，和/或；D10...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓航，刘春洋，李素丽，
申请(专利权)人：珠海冠宇电池股份有限公司，
类型：发明
国别省市：