负极材料、电池制造技术

本申请提供一种负极材料、电池，所述负极材料包括石墨，所述石墨内部和/或表面具有孔，所述负极材料的吸油值为Q mL/100g，孔体积为V cm3/kg，所述孔的平均孔径为P

【技术实现步骤摘要】
负极材料、电池


[0001]本申请涉及负极材料
，具体地讲，涉及负极材料、电池。

技术介绍

[0002]目前，石墨由于具备电子电导率高、锂离子迁移系数大、层状结构在嵌锂前后体积变化小、嵌锂容量高和嵌锂电位低等优点，成为目前主流的商业化锂离子电池负极材料。
[0003]人造石墨是易石墨化碳(石油焦、沥青焦、针状焦等)经过高温处理后生成的石墨产品。虽然其工艺流程较为复杂、成本相对较高、能量密度也略低于天然石墨，但是其循环性能、大倍率充放电效率、与电解液的相容性均优于天然石墨，现已成为动力电池和中高端消费电池的主流负极材料。
[0004]石墨材料由于本身具有较高的取向性，Li
+
只能从垂直于石墨端面的C轴插入石墨材料中，导致大电流放电性能不理想，影响材料的倍率性能。
[0005]目前关于改善石墨材料倍率性能的研究有很多，一般而言，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迁移通道，促进锂离子在固液界面及固相内的迁移。但是，在石墨材料已经发展很成熟的现阶段，单一地改善一种因素，可能会给其他方面带来负面的影响，倍率性能难以进一步优化，比如为了改善倍率性能去提高石墨材料的孔体积，孔体积增大可能会降低材料的振实密度，而振实密度过小又会带来倍率性能的降低。所以，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

[0006]鉴于此，本申请提供负极材料、电池，综合考虑石墨材料孔体积V、吸油值Q、平均孔径P和振实密度T对石墨负极材料的协同影响，开发出一种倍率性能优异的石墨负极材料。
[0007]第一方面，本申请提供一种负极材料，所述负极材料包括石墨，所述石墨内部和/或表面具有孔，所述负极材料的吸油值为Q mL/100g，孔体积为V cm3/kg，平均孔径为P
ꢀÅ
，振实密度为T g/cm3，其中，14000≤Q*V*P/T≤102000；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17
ꢀÅ
~3000
ꢀÅ
孔径范围内计算得到。
[0008]在一些实施方式中，所述负极材料的孔体积V cm3/kg，3.54≤V≤7。
[0009]在一些实施方式中，所述负极材料的振实密度为T g/cm3，0.7≤T≤1.1。
[0010]在一些实施方式中，所述负极材料的吸油值为Q mL/100g，36≤Q≤70。
[0011]在一些实施方式中，所述负极材料的真密度为ρ g/cm3，2.11≤ρ≤2.24。
[0012]在一些实施方式中，所述负极材料的平均孔径为P
ꢀÅ
，95≤P≤167。
[0013]在一些实施方式中，所述石墨包括人造石墨。
[0014]在一些实施方式中，所述负极材料经过X射线衍射测定，所述负极材料（002）面的晶面层间距d
002
，3.357
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≤d
002
≤3.365
ꢀÅ
。
[0015]在一些实施方式中，通过X射线衍射测试，所述负极材料的（004）面与（110）面的峰强度比值I
004
/I
110
为3.0~6.0。
[0016]在一些实施方式中，所述孔包括微孔和介孔中的至少一种。
[0017]在一些实施方式中，所述负极材料还包括位于所述石墨表面的无定型碳层。
[0018]在一些实施方式中，所述负极材料还包括位于所述石墨表面的无定型碳层，所述无定型碳层的厚度为10nm~500nm。
[0019]在一些实施方式中，所述负极材料还包括无定型碳材料，所述无定型碳材料存在于石墨表面和/或分散于石墨颗粒之间。
[0020]在一些实施方式中，所述负极材料的粒径D
50
为8μm~16μm。
[0021]在一些实施方式中，所述负极材料中碳元素的质量含量为≥99.95%。
[0022]第二方面，本申请提供一种电池，所述电池包括第一方面所述的负极材料。
[0023]本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：本申请提供的负极材料，包括石墨，石墨内部和/或表面具有孔，负极材料的吸油值为Q mL/100g，孔体积为V cm3/kg ，平均孔径为P
ꢀÅ
，振实密度为T g/cm3，其中，14000≤Q*V*P/T≤102000。一般来说，负极材料的孔体积维持在一定范围内，可以为负极材料创造合适数量的锂离子通道，能够促进锂离子在固液界面及固相内的迁移，降低浓差极化，有利于提高负极材料的倍率性能。但是仅仅满足合适的孔体积，负极材料的倍率性能还有很大的改进空间，因为锂离子的迁移还需要借助于足够的电解液和合适大小的孔，负极材料能够吸收电解液的量与负极材料吸油值有关系，并且申请人还发现锂离子在石墨颗粒之间的迁移速率和石墨表面的摩擦状况有关，而摩擦状况在一定程度上可以通过振实密度来体现。本申请综合考虑这些影响因素，最终发现将负极材料的Q*V*P/T控制在上述范围内，可以通过改善锂离子迁移速率从而更进一步提升负极材料的倍率性能。
[0024]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，且在连续石墨化过程中，通过对原料中挥发分的控制及升降温速率的控制，材料内挥发分、杂质元素等物质能够均匀快速逸出，实现石墨内部和/或表面孔体积、孔径和形貌的精准控制。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，生产加工出的产品孔体积、孔径尺寸、振实密度、吸油值等指标波动较大不受控等问题点，从而使加工出的材料达到理想的调控设计要求。
[0025]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
[0026]图1为本申请实施例1制备的负极材料的扫描电镜图片。
具体实施方式
[0027]为更好地说明本申请，便于理解本申请的技术方案，下面对本申请进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本申请的简易例子，并不代表或限制本申请的权利保护范围，本申请保护范围以权利要求书为准。
[0028]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，所述负极材料包括石墨，所述石墨内部和/或表面具有孔，所述负极材料的吸油值为Q mL/100g，孔体积为V cm3/kg，平均孔径为P
ꢀÅ
，振实密度为T g/cm3，其中，14000≤Q*V*P/T≤102000；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17
ꢀÅ
~3000
ꢀÅ
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，所述负极材料满足以下特征中的至少一种：（1）所述负极材料的孔体积V cm3/kg，3.54≤V≤7；（2）所述负极材料的振实密度为T g/cm3，0.7≤T≤1.1；（3）所述负极材料的吸油值为Q mL/100g，36≤Q≤70；（4）所述负极材料的真密度为ρ g/cm3，2.11≤ρ≤2.24；（5）所述负极材料的平均孔径为P
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，95≤P≤167；（6）所述石墨包括人造石墨。3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料经过X射线衍射测定，所述负极材料（002）面的晶面层间距d
002
，3....

【专利技术属性】
技术研发人员：黄健，冯先杰，张宝煊，刘若琦，杨书展，任建国，贺雪琴，
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：