负极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本申请涉及一种负极材料及其制备方法、锂离子电池，通过观察SEM图像，所述负极材料包括表面和/或内部具有孔的碳质颗粒，所述孔的深度与所述孔的孔径的比值大于3，所述孔的孔径在0.1μm～0.5μm的碳质颗粒占所述碳质颗粒总数量的比例大于等于60％，所述孔的最大孔径小于等于3μm。本申请的负极材料具有细长状的孔且大部分孔的孔径较小，表明本申请的碳质颗粒内部孔体积小，且大孔数量较少，从而碳质颗粒具有优越的密实性，从而改善负极材料的容量性能、膨胀性能和循环性能。膨胀性能和循环性能。膨胀性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
负极材料及其制备方法、锂离子电池


[0001]本申请属于负极材料
，具体地讲，尤其涉及一种负极材料及其制备方法、锂离子电池。

技术介绍

[0002]随着全球变暖加剧，控制CO2释放量成为了人类社会刻不容缓的重大挑战。在国家“碳中和”“碳达峰”的大背景下，发展新能源汽车是大势所趋，各国政府相继推出了各种优惠政策和补贴以推动新能源汽车发展，在政策推动下，以锂离子电池为动力电池的电动汽车快速发展。负极材料是锂离子电池的重要组成部分，直接决定着动力电池的性能和价格。
[0003]现阶段，石墨依然是负极材料的主导材料，依据来源不同石墨又可分为人造石墨和天然石墨。其中人造石墨以其良好的循环稳定性占据着大部分动力电池市场，人造石墨制造过程中不但需要价格昂贵的石墨化过程，而且原材料价格持续上涨，使得人造石墨的价格不但没有下降的可能，反而会继续上涨，为了进一步降低负极材料成本，人们将目光重新投向了天然石墨，天然石墨最大的优点就是制备过程中没有石墨化过程，价格低廉，但是在动力电池中其循环稳定性和膨胀性能较差。
[0004]因此，如何改善天然石墨的膨胀性能和循环稳定性成为了目前负极材料领域的重要研究课题。天然石墨负极材料通常是由天然鳞片石墨原料经过球形化和改性工艺制成。在天然石墨负极材料的生产过程中，球形化工序不可避免地会导致颗粒内部孔隙产生，通常球形天然石墨颗粒内部的孔隙较大，大多为微米级，这些内部孔隙的存在导致了天然石墨负极材料的膨胀大和循环稳定性差的问题。通常通过降低内部孔隙大小来改善材料的膨胀性能和循环性能，然而，在实际生产过程中，难以通过球形化工序降低石墨颗粒内部的孔隙，而是在球形化的后端工序来降低颗粒内部孔隙，而且，由于球形天然石墨颗粒的部分孔隙为闭孔，常规的填充工艺不易控制颗粒内部孔隙的密实程度，且填充后的石墨颗粒内部引入了与原本的天然鳞片石墨材料晶体结构不同的相，导致晶界增多，动力学性能降低，无法整体提升天然石墨负极材料的电化学性能。

技术实现思路

[0005]本申请为了克服上述缺陷，提供一种负极材料及其制备方法、锂离子电池，能够提高负极材料的容量性能、膨胀性能和循环性能。
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种负极材料，过观察SEM图像，所述负极材料包括表面和/或内部具有孔的碳质颗粒，所述孔的深度与所述孔的孔径的比值大于3，所述孔的孔径在0.1μm～0.5μm的碳质颗粒占所述碳质颗粒总数量的比例大于等于60％，所述孔的最大孔径小于等于3μm。
[0007]在一些实施方式中，所述负极材料包括如下特征(1)～(3)中的至少一种：
[0008](1)所述碳质颗粒包括天然石墨；
[0009](2)所述碳质颗粒包括天然石墨，所述天然石墨包括鳞片石墨和微晶石墨中的至
少一种；
[0010](3)所述碳质颗粒的中值粒径为5μm～25μm。
[0011]在一些实施方式中，所述负极材料还包括至少覆设在所述碳质颗粒表面的包覆层，所述负极材料包括如下特征(1)～(2)中的至少一种：
[0012](1)所述包覆层的材质包括碳材料；
[0013](2)所述包覆层的材质包括碳材料，所述碳材料包括软碳、结晶碳、无定形碳和硬碳中的至少一种。
[0014]在一些实施方式中，所述负极材料包括如下特征(1)～(6)中的至少一种：
[0015](1)所述负极材料的中值粒径D50满足：5μm<D50<25μm；
[0016](2)所述负极材料的球形度Sh(10％)≥0.75；
[0017](3)所述负极材料的球形度Sh(50％)≥0.83；
[0018](4)所述负极材料的球形度Sh(90％)≥0.88；
[0019](5)所述负极材料的孔体积为0.05mL/g～0.11mL/g；
[0020](6)所述负极材料的比表面积为0.5m2/g～3.5m2/g。
[0021]第二方面，本申请实施例提供一种负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0022]提供天然石墨前驱体，所述天然石墨前驱体的中值粒径为5μm～25μm，所述天然石墨前驱体的球形度Sh(10％)≥0.75，所述天然石墨前驱体的球形度Sh(50％)≥0.83，所述天然石墨前驱体的球形度Sh(90％)≥0.88；
[0023]将所述天然石墨前驱体进行密实化处理，使得得到的负极材料包括表面和/或内部具有孔的碳质颗粒，所述孔的深度与所述孔的孔径的比值大于3，所述孔的孔径在0.1μm～0.5μm的碳质颗粒占所述碳质颗粒总数量的比例大于等于60％，所述孔的最大孔径小于等于3μm。
[0024]在一些实施方式中，所述制备方法包括如下特征(1)～(2)中的至少一种：
[0025](1)所述天然石墨前驱体通过以下方法制备：将天然石墨进行整形处理；
[0026](2)所述天然石墨前驱体通过以下方法制备：将天然石墨进行整形处理，所述天然石墨包括鳞片石墨和微晶石墨中的至少一种。
[0027]在一些实施方式中，所述制备方法包括如下特征(1)～(4)中的至少一种：
[0028](1)所述密实化处理包括冷等静压处理、热等静压处理、模压处理和热压成型中的至少一种；
[0029](2)所述密实化处理的压力为20MPa～200MPa；
[0030](3)所述密实化处理的时间为1min～200min；
[0031](4)所述密实化处理的温度为25℃～1500℃。
[0032]在一些实施方式中，所述将所述天然石墨前驱体进行密实化处理之前，还包括：将包覆材料与所述天然石墨前驱体混合的步骤，再将上述混合料进行密实化处理，所述包覆材料包括高分子聚合物、树脂、煤沥青、石油沥青、中间相沥青、煤焦油和重质油中的至少一种。
[0033]在一些实施方式中，得到所述负极材料之后还包括：将所述负极材料和包覆材料混合后进行热处理的步骤；所述制备方法包括如下特征(1)～(5)中的至少一种：
[0034](1)所述包覆材料包括高分子聚合物、树脂、煤沥青、石油沥青、中间相沥青、煤焦
油和重质油中的至少一种；
[0035](2)所述负极材料和所述包覆材料的质量比为100：(2～100)；
[0036](3)所述热处理的温度为800℃～3000℃；
[0037](4)所述热处理在保护性气体氛围中进行，所述保护性气体包括氦气、氖气、氩气、氮气和氪气中的至少一种；
[0038](5)所述热处理的时间为1h～24h。
[0039]第三方面，本申请实施例提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括第一方面所述的负极材料或第二方面所述的制备方法制备的负极材料。
[0040]本申请的技术方案至少具有以下有益的效果：本申请的负极材料包括具有孔的碳质颗粒，孔的深度与孔的孔径的比值大于3，表明本申请碳质颗粒中孔的形状为细长状，细长状孔的存在表明碳质颗粒内部的材料排列有序、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，通过观察SEM图像，所述负极材料包括表面和/或内部具有孔的碳质颗粒，所述孔的深度与所述孔的孔径的比值大于3，所述孔的孔径在0.1μm～0.5μm的碳质颗粒占所述碳质颗粒总数量的比例大于等于60％，所述孔的最大孔径小于等于3μm。2.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料包括如下特征(1)～(3)中的至少一种：(1)所述碳质颗粒包括天然石墨；(2)所述碳质颗粒包括天然石墨，所述天然石墨包括鳞片石墨和微晶石墨中的至少一种；(3)所述碳质颗粒的中值粒径为5μm～25μm。3.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料还包括覆设在所述碳质颗粒至少表面的包覆层，所述负极材料包括如下特征(1)～(2)中的至少一种：(1)所述包覆层的材质包括碳材料；(2)所述包覆层的材质包括碳材料，所述碳材料包括软碳、结晶碳、无定形碳和硬碳中的至少一种。4.根据权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述负极材料包括如下特征(1)～(6)中的至少一种：(1)所述负极材料的中值粒径D50满足：5μm<D50<25μm；(2)所述负极材料的球形度Sh(10％)≥0.75；(3)所述负极材料的球形度Sh(50％)≥0.83；(4)所述负极材料的球形度Sh(90％)≥0.88；(5)所述负极材料的孔体积为0.05mL/g～0.11mL/g；(6)所述负极材料的比表面积为0.5m2/g～3.5m2/g。5.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供天然石墨前驱体，所述天然石墨前驱体的中值粒径为5μm～25μm，所述天然石墨前驱体的球形度Sh(10％)≥0.75，所述天然石墨前驱体的球形度Sh(50％)≥0.83，所述天然石墨前驱体的球形度Sh(90％)≥0.88；将所述天然石墨前驱体进行密实化处理，使得得到的负极材料包括表面和/或内部具有孔的碳质颗粒，所述孔的深度与所述孔的孔径的比值大于3，所述孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴杨，谯渭川，周海辉，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：