负极材料及电池制造技术

本申请涉及负极材料及电池，负极材料包括碳材料，碳材料具有孔；负极材料的平均形状系数为

【技术实现步骤摘要】
负极材料及电池


[0001]本专利技术涉及负极材料
，尤其涉及负极材料及电池
。

技术介绍

[0002]锂离子电池具有能量密度大
、
循环寿命高
、
环境污染小和无记忆效应等优点，因此被广泛应用于电动汽车及消费类电子产品中
。
传统的负极碳材料由于理论比容量较低
(372mAh/g)
限制了其广泛使用
。
为了提高锂离子电池的能量密度，人们开始寻找高容量的负极材料，硅基负极材料因其理论比容量可达
4200mAh/g
逐渐成为研究热点
。
[0003]然而，硅基负极材料与锂合金化过程中其体积膨胀比较严重，并且随着循环的进行，硅基负极材料会发生如粉化
、
与导电剂和集流体接触损耗以及形成不稳定固态电解质界面
(SEI)
等衰减机制，从而导致负极材料电化学性能劣化
。
[0004]其中，碳材料具有优异的导电性和力学性能，和硅复合不仅可有效缓解体积膨胀，还可以改善电极导电性并得到稳定的
SEI
膜，硅碳复合材料是最先进入商业化的硅基负极材料，可缩短
Li+
的传输距离，有利于改善材料的动力学性能
。
但纳米硅颗粒比表面积大，
SEI
膜易消耗过量的锂盐，且体积效应易引起颗粒之间出现电脱离，导致可逆容量和库仑效率降低
。
[0005]因此，如何降低硅碳复合材料的体积膨胀，减少由于体积膨胀而引起材料结构的坍塌，仍是目前所要解决的技术问题
。

技术实现思路

[0006]本申请的目的在于提供一种负极材料及电池，负极材料颗粒规则，颗粒接近于球形颗粒，可以提高负极材料的结构稳定性，减少在脱嵌锂过程中由于体积膨胀而引起负极材料结构的坍塌，有效减少副反应的发生，从而提高负极材料的循环性能
。
[0007]第一方面，本申请提供一种负极材料，所述负极材料包括碳材料，所述碳材料具有孔；
[0008]所述负极材料的平均形状系数为
F0，
0.8
＜
F0＜1；
[0009]所述负极材料的平均形状系数
F0通过以下方式测试得到：
[0010]随机获取
10
颗负极材料颗粒，并测得每颗负极材料颗粒的截面面积
S
n
以及周长
C
n
，
F
n
＝
4*
π
*S
n
/C
n2
，
n
选自1～
10
的自然数，计算
10
个颗粒的形状系数
F
n
的平均值，将平均值记为所述负极材料的平均形状系数
F0。
[0011]第二方面，本申请提供一种负极材料，所述负极材料包括碳材料，所述碳材料具有孔；
[0012]所述负极材料的颗粒分形维数为
X0，1＜
X0＜
10
；
[0013]所述负极材料的颗粒分形维数
X0通过以下方式测试得到：
[0014]随机获取
10
颗负极材料颗粒，并测得每颗负极材料颗粒的截面面积
S
n
以及周长
C
n
，
X
n
＝
(log(C
n
)
‑
b)*2/log(S
n
)
，
b
为常数，并将每颗负极材料颗粒的截面面积
S
n
和周长
C
n
填入
双对数表中，采用最小二乘法得到拟合线的斜率
φ
，所述负极材料的颗粒分形维数
X0＝
2*
φ
。
[0015]在一些实施方式中，采用
N2吸脱附法测试所述碳材料及所述负极材料，所述碳材料在
90
％分压下吸附的氮气的体积与
10
％分压下吸附的氮气的体积比值为
A
，
1≤A≤1.9
；
[0016]所述负极材料在
90
％分压下吸附的氮气的体积与
10
％分压下吸附的氮气的体积比值为
B
，
1.3≤B≤2.5
；且
B/A
＞
1。
[0017]在一些实施方式中，所述碳材料的比表面积为
S1 m2/g
，所述碳材料的总孔体积为
P1 cm3/g
，
C1
＝
S1/(P1*100)
，
10≤C1≤25。
[0018]所述负极材料的比表面积为
S2 m2/g
，所述负极材料的总孔体积为
P2 cm3/g
；
C2
＝
S2/(P2*100)
，
8≤C2≤20。
[0019]在一些实施方式中，所述碳材料的比表面积为
1300m2/g
～
2500m2/g。
[0020]在一些实施方式中，所述碳材料中所有孔的总孔体积为
0.5cm3/g
～
2.0cm3/g。
[0021]在一些实施方式中，所述碳材料的孔的最大孔径
≤10nm。
[0022]在一些实施方式中，所述碳材料的孔的平均孔径为
1.7nm
～
2.2nm。
[0023]在一些实施方式中，所述碳材料的孔隙率为
40
％～
60
％
。
[0024]在一些实施方式中，所述碳材料的振实密度
≥0.30g/cm3。
[0025]在一些实施方式中，所述碳材料的
pH
值为6～
9。
[0026]在一些实施方式中，在所述碳材料中，孔径在
1.5nm
以下的孔在总孔体积中的体积占比为
20
％～
25
％，孔径在
1.6nm
以下的孔在总孔体积中的体积占比为
20
％～
50
％，孔径在
2.0nm
以下的孔在总孔体积中的体积占比＞
80
％
。
[0027]在一些实施方式中，所述负极材料还包括活性物质，至少部分的所述活性物质填充在所述碳材料的孔内
。
[0028]在一些实施方式中，所述活性物质包括
Li、Na、K、Sn、Ge、Si、Fe、Mg、SiO、Ti、Zn、Al、P
及
Cu
中的至少一种
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括碳材料，所述碳材料具有孔；所述负极材料的平均形状系数为
F0，
0.8
＜
F0＜1；所述负极材料的平均形状系数
F0通过以下方式测试得到：随机获取
10
颗负极材料颗粒，并测得每颗负极材料颗粒的截面面积
S
n
以及周长
C
n
，
F
n
＝
4*
π
*S
n
/C
n2
，
n
选自1～
10
的自然数，计算
10
个颗粒的形状系数
F
n
的平均值，将平均值记为所述负极材料的平均形状系数
F0。2.
一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括碳材料，所述碳材料具有孔；所述负极材料的颗粒分形维数为
X0，1＜
X0＜
10
；所述负极材料的颗粒分形维数
X0通过以下方式测试得到：随机获取
10
颗负极材料颗粒，并测得每颗负极材料颗粒的截面面积
S
n
以及周长
C
n
，
X
n
＝
(log(C
n
)
‑
b)*2/log(S
n
)
，
b
为常数，并将每颗负极材料颗粒的截面面积
S
n
和周长
C
n
填入双对数表中，采用最小二乘法得到拟合线的斜率
φ
，所述负极材料的颗粒分形维数
X0＝
2*
φ
。3.
根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，采用
N2吸脱附法测试所述碳材料及所述负极材料，所述碳材料在
90
％分压下吸附的氮气的体积与
10
％分压下吸附的氮气的体积比值为
A
，
1≤A≤1.9
；所述负极材料在
90
％分压下吸附的氮气的体积与
10
％分压下吸附的氮气的体积比值为
B
，
1.3≤B≤2.5
；且
B/A
＞
1。4.
根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述碳材料的比表面积为
S1 m2/g
，所述碳材料的总孔体积为
P1 cm3/g
，
C1
＝
S1/(P1*100)
，
10≤C1≤25
；所述负极材料的比表面积为
S2 m2/g
，所述负极材料的总孔体积为
P2 cm3/g
；
C2
＝
S2/(P2*100)
，
8≤C2≤20。5.
根据权利要求1或2所述的负极材料，其特征在于，所述碳材料满足以下技术特征中的至少一种：
(1)
所述碳材料的比表面积为
1300m2/g
～
2500m2/g
；
(2)
所述碳材料中所有孔的总孔体积为
0.5cm3/g
～
2.0cm3/g
；
(3)
所述碳材料的孔的最大孔径
≤10nm
；
(4)
所述碳材料的孔的平均孔径为
1.7nm
～
2.2nm
；
(5)
所述碳材料的孔隙率为
40
％～
60
％；
(6)
所述碳材料的振实密度
≥0.30g/cm3；
(7)
所述碳材料的
pH
值为6～9；
(8)
在所述碳材料中，孔径在
1.5nm
以下的孔在总孔体积中的体积占比为
20
％～
25
％，孔径在
1.6nm
以下的孔在总孔体积中的体积占比为
20
％～
50
％，孔径在
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈曦，庞春雷，任建国，贺雪琴，
申请(专利权)人：惠州市鼎元新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：