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负极材料及其制备方法和应用与流程

2022-03-04 22:32:45 来源:中国专利 TAG:


1.本发明属于电池领域,具体涉及一种负极材料及其制备方法和应用。


背景技术:

2.锂离子电池因其能量密度高、循环长、稳定性高的特点得以广泛的利用。随着电动汽车的蓬勃发展,锂离子电池的市场日益广阔,同时对锂离子电池安全以及充放电性能要求越来越高。
3.目前提高材料倍率性能的方法主要是进行二次造粒改变颗粒的微晶取向,以更利于脱嵌li

的方式进行。如在当前公开一种负极材料中,其是采用石油焦或者针状焦,以沥青或者树脂为粘接剂在400℃~500℃热处理后制备成二次颗粒,进而制备出高倍率负极材料。二是在表面进行包覆无定型碳,提高表面脱嵌li

速度。在当前公开的另一份负极材料中,其是在天然石墨表面包覆一层无定形碳来提高li

脱入与脱出。
4.但在实际应用中发现,现有这些方案提供的负极材料均未能改变li

在负极内部的扩散路径,以及材料的电子导电性未能得以改变,无法满足高倍率性能要求。


技术实现要素:

5.本发明的目的在于克服现有技术的上述不足,提供一种负极材料及其制备方法,以解决现有负极材料存在的li 扩散路径和导电性不理想而导致其倍率性能不理想的技术问题。
6.本发明的另一目的在于提供一种电池负极和含有所述电池负极的二次电池,以解决现有二次电池由于所含负极材料倍率性能不理想而导致的电化学性能相对差的技术问题。
7.为了实现上述发明目的,本发明的一方面,提供了一种负极材料。所述负极材料为核壳结构颗粒,包括核体和包覆于所述核体的壳层;其中,所述核体包括非完全石墨化碳材料和镶嵌在所述非完全石墨化碳材料中的石墨颗粒;所述壳层包括碳材料和掺杂在所述碳材料中的导电剂。
8.本发明负极材料采用在石墨颗粒镶嵌至非完全石墨化碳材料形成核体,核体外层进行包覆处理,该复合结构的核体具有优异的各向同性,而且利于li

的脱嵌;采用碳材料中分散导电剂的复合材料作为包覆层,一方面有效提高了所述负极材料的导电性,另一方面提高了所述负极材料表面的li

脱嵌速度。因此,所述负极材料通过对其材料结构的设计和核体以及壳层成分的控制,赋予所述负极材料对li

优异的脱嵌能力,且具有高的导电性能,从而赋予所述负极材料优异的倍率性能。
9.优选地,所述石墨颗粒为亚微米级;和/或所述石墨颗粒的石墨化度为90%~100%。进一步优选地,所述石墨颗粒的d50粒径在100nm~1μm。优化所述石墨颗粒粒径、石墨化度缩短所述负极材料的li

扩散路径短,提高倍率性能。
10.优选地,所述非完全石墨化碳材料的石墨化度为60%~90%。通过优化非完全石
墨化碳材料的石墨化度,提高核体的各向同性,缩短li

扩散路径,提高对li

的脱嵌性。
11.优选地,所述核体的d50粒径为微米级;进一步优选地,所述核体的d50粒径为2~25μm。通过对所述核体整体粒径的控制和优化,缩短所述负极材料的li

扩散路径。
12.优选地,所述石墨颗粒与所述非完全石墨化碳材料的质量比为95:5~50:50。优化所述石墨颗粒的镶嵌量以提高所述核体的各向同性和缩短li

扩散路径。
13.优选地,所述壳层的厚度为2~30nm;通过优化所述壳层该厚度缩短所述负极材料的li

扩散路径,提高li

脱嵌速度。
14.优选地,所述碳材料与所述导电剂的质量比为25:75~75:25;和/或所述碳材料为无定型碳;和/或所述导电剂包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、氧化石墨烯、磺化石墨烯中的至少一种。通过优化所述导电剂和碳材料的质量比,提高所述壳层的导电性同时,有效提高所述壳层的li

脱嵌速度;对所述碳材料形态和导电剂种类的选择优化,提高所述壳层对li

脱嵌速度和导电性。
15.本发明的另一方面,提供了一种负极材料的制备方法。所述负极材料的制备方法包括以下步骤:
16.将有机粘结剂颗粒、石墨颗粒制备成第一混合物粉体;
17.将所述第一混合物粉体进行第一碳化处理后进行粉碎处理,获得碳化颗粒;
18.将所述碳化颗粒进行石墨化处理,获得核体;
19.将有机碳源颗粒与导电剂进行混合处理,形成包覆剂;
20.将所述核体、包覆剂制备成第二混合物粉体;
21.将所述第二混合物粉体进行第二碳化处理。
22.本发明负极材料制备方法通过先制备核体后与包覆剂混合一次碳化成型,其制备的负极材料石墨颗粒镶嵌至非完全石墨化碳材料形成核体,以掺杂有导电剂的碳层作为壳层,从而赋予制备的负极材料具有优异的导电性能和li

的脱嵌性能以及倍率性能。而且所述负极制备方法能够有效保证制备的负极材料结构和电化学性能稳定,而且效率高。
23.优选地,将所述有机粘结剂颗粒、石墨颗粒制备成第一混合物粉体的方法包括如下步骤:
24.将石墨颗粒、有机粘结剂颗粒与添加有第一表面活性剂的水溶液进行混合分散处理后,进行干燥处理,获得所述第一混合物粉体。这样,通过添加所述第一表面活性剂使得所述石墨颗粒、有机粘结剂颗粒在水溶液中均匀分散。
25.或优选地,将所述核体、包覆剂制备成第二混合物粉体的方法包括如下步骤:
26.将所述核体、包覆剂与添加有第二表面活性剂的水溶液进行混合分散处理后,进行干燥处理,获得所述第二混合物粉体。这样,通过添加所述第二表面活性剂使得所述核体、包覆剂在水溶液中均匀分散。
27.优选地,在第一混合物粉体中,所述石墨颗粒与有机粘结剂颗粒的质量比例为95:5~50:50;和/或在所述包覆剂中,所述导电剂与有机碳源颗粒的质量比例为25:75~75:25;和/或在所述第二混合物粉体中,所述核体与包覆剂是质量比例为99.9:0.1~50:50。通过对导电剂与有机碳源颗粒和所述核体与包覆剂的质量比例优化,使得碳化处理生成的壳层能有效包覆所述核体的同时具有良好的li

脱嵌能力和导电性能。
28.优选地,所述石墨颗粒的粒径为100nm~1μm;和/或所述核体的粒径为2μm~25μm;
和/或所述有机碳源颗粒的d50为100nm~1μm;和/或所述有机粘结剂颗粒的d50控制在100nm~5μm。
29.所述第一碳化温度和/或第二碳化处理的碳化温度为900~1400℃。通过对碳化温度优化,提高碳化效果,使得制备的负极材料具有良好的包覆结构。
30.进一步优选地,所述导电剂为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯中的一种或几种;和/或所述第一表面活性剂和第二表面活性剂相同或不同的为苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、月桂酰基谷氨酸、硬脂酸甘油单酯中的至少一种;和/或所述有机碳源颗粒为所述酚醛树脂,呋喃树脂、环氧树脂、软化点60℃~400℃的沥青中的至少一种材料颗粒;和/或所述石墨颗粒包括人造石墨、鳞片天然石墨、中间相石墨化品中的至少一种颗粒;和/或所述有机粘结剂颗粒为酚醛树脂、软化点60℃~400℃的沥青中的至少一种。
31.通过对制备负极材料各原料的种类进行选择优化,使得制备的负极材料具有良好的包覆结构,而且具有优异的li

脱嵌能力和高的导电性能。
32.本发明的又一方面,提供了一种电池负极。所述电池负极含有本发明负极材料或由本发明负极材料制备方法制备的负极材料。由于本发明电池负极包含本发明负极材料,这样,本发明电池负极对li

优异的脱嵌能力强,导电性能稿,倍率性能优异。
33.本发明的再一方面,提供了一种二次电池。所述二次电池包括负极片,所述负极片为本发明电池负极。由于本发明二次电池是以本发明电池负极作为负极片,这样,本发明二次电池电化学性能得到明显提高。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施方式,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的附图。
35.图1为本发明实施例负极材料的结构示意图;
36.图2为本发明实施例负极材料的制备方法工艺流程示意图;
37.其中,图1中的附图标记如下:
38.01—核体;02—壳层;11—非完全石墨化碳材料;12—石墨颗粒。
具体实施方式
39.为使本发明实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,以下所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。结合本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。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。
40.在本发明的描述中,术语“和/或”,描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,a和/或b,可以表示:单独存在a,同时存在a和b,单独存在b的情况。其中a,b可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
41.在本发明的描述中,“至少一个”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指的这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,“a,b,或c中的至少一项(个)”,或,“a,b,和c中的至少一项(个)”,均可以表示:a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c,其中a,b,c分别可以是单个,也可以是多个。
42.需要理解的是,本发明实施例中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代各组分的具体含量,也可以表示各组分间重量的比例关系,因此,只要是按照本发明实施例相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明公开的范围之内。具体地,本发明实施例中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的质量单位。
43.另外,除非上下文另外明确地使用,否则词的单数形式的表达应被理解为包含该词的复数形式。术语“包括”或“具有”旨在指定特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合的存在,但不用于排除存在或可能添加一个或多个其它特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合。
44.一方面,本发明实施例提供了一种负极材料。所述负极材料的结构如图1所示,其为核壳结构,包括核体01和包覆于所述核体的壳层02。
45.其中,所述负极材料的所述核体01包括非完全石墨化碳材料11和镶嵌在所述非完全石墨化碳材料11中的石墨颗粒12;其中,该石墨颗粒12镶嵌非完全石墨化碳材料11中应当理解是随机的,而且优选的是均匀性分散在所述非完全石墨化碳材料11的内部,当然包括表面。这样,将石墨颗粒12掺杂并分散于非完全石墨化碳材料11中,使得形成的核体01具有优异的各向同性,而且使得li

扩散路径短利于li

的脱嵌。在一实施例中,所述石墨颗粒12与所述非完全石墨化碳材料的质量比为95:5~50:50。优化石墨颗粒12的镶嵌量,以提高核体01的各向同性和缩短li

扩散路径。
46.在一实施例中,核体01所含的所述非完全石墨化碳材料11的石墨化度为60%~90%。通过优化非完全石墨化碳材料11的石墨化度,使其与掺杂并分散其中的石墨颗粒12一起,提高核体01的各向同性,缩短li

扩散路径,提高对li

的脱嵌性。其中,石墨化度采用xrd测石墨(002)面层间距,按公式(0.3440-d002)/(0.3440-0.3354)计算。
47.在一实施例中,所述石墨颗粒12为亚微米级,优选地石墨颗粒12的d50粒径在100nm~1μm。通过将石墨颗粒12的粒径设置为亚微米级,使得所述负极材料的li

扩散路径短,倍率性能高。
48.在具体实施例中,所述石墨颗粒12选用石墨化度为90%~100%的石墨材料,如可选用人造石墨、鳞片天然石墨、中间相石墨化品中的至少一种。通过石墨颗粒12材料的优化选用,进一步缩短对li

扩散路径,提高倍率性能。
49.另外,在上文所述非完全石墨化碳材料11和石墨颗粒12实施例的基础上,一实施例中,所述核体01的d50粒径为微米级,优选为2~25μm。通过对核体01整体粒径的控制和优化,缩短所述负极材料的li

扩散路径,提高其倍率性能。
50.在上文所述核体01的实施例基础上,所述负极材料的壳层02包括碳材料和分散在所述碳材料中的导电剂。其中,该掺杂应当理解是随机的,而且优选的是均匀性分散在所述碳材料中,包括分散在碳材料内部,当然也包括碳材料的表面。采用含有碳材料,且在所述碳材料中掺杂导电剂的复合材料作为包覆层,一方面有效提高了所述负极材料的导电性,
而且提高了所述负极材料表面li

脱嵌速度。
51.在一实施例中,所述壳层02中的所述碳材料与所述导电剂的质量比为25:75~75:25。通过优化两者的质量比,从而有效提高壳层02的导电性的同时,有效提高壳层02的li

脱嵌速度。
52.在具体实施例中,所述碳材料优选为无定型碳;所述导电剂包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、氧化石烯、磺化石墨烯中的至少一种。通过对壳层02所含的碳材料形态和导电剂种类的选择优化,提高壳层02对li

脱嵌速度和导电性,从而配合核体01,提高所述负极材料的倍率性能。
53.另外,在上文所述壳层02实施例的基础上,一实施例中,所述壳层02的厚度控制在纳米级,优选的如2~30nm。该厚度范围,与核体01粒径起到协同作用,缩短所述负极材料的li

扩散路径,提高li

脱嵌速度,提高其倍率性能。
54.因此,上文所述负极材料通过其核壳结构、尺寸以及成分等控制,使得他们协同发挥作用,赋予负极材料的li

扩散路径短,li

脱嵌速度快,导电性有益,倍率性能高。
55.相应的,本发明实施例还提供了上文所述负极材料的制备方法。所述负极材料制备方法的工艺流程如图2所示,其包括以下步骤:
56.s01.将有机粘结剂颗粒、石墨颗粒制备成第一混合物粉体;
57.s02.将所述第一混合物粉体进行第一碳化处理后进行粉碎处理,获得碳化颗粒;
58.s03.将所述碳化颗粒进行石墨化处理,获得核体;
59.s04.将有机碳源颗粒与导电剂进行混合处理,形成包覆剂;
60.s05.将所述核体、包覆剂制备成第二混合物粉体;
61.s06.将所述第二混合物粉体进行第二碳化处理。
62.这样,所述负极材料制备方法通过先制备核体与包覆剂混合一次碳化成型为核壳结构复合材料,从而赋予制备的负极材料具有优异的导电性能、li

的脱嵌性能和倍率性能。而且所述负极制备方法能够有效保证制备的负极材料结构和电化学性能稳定,而且效率高。
63.其中,步骤s01中的第一混合物粉体中,有机粘结剂颗粒、石墨颗粒应该是均匀混合的,以使得步骤s02制备的碳化颗粒中,石墨颗粒能够在所述碳化颗粒中均匀分散。一实施例中,所述石墨颗粒与有机粘结剂颗粒质量比例为95:5~50:50,也既是所述石墨颗粒与有机粘结剂颗粒是按照质量比为95:5~50:50的比例进行混合处理形成所述第一混合物粉体。通过优化两者的混合比例,从而优化上文负极材料核体01的各向同性和li

的脱嵌性能。
64.为了提高两者的混合均匀性,在一实施例中,将所述有机粘结剂颗粒、石墨颗粒制备成第一混合物粉体的方法包括如下步骤:
65.将石墨颗粒、有机粘结剂颗粒与添加有第一表面活性剂的水溶液进行混合分散处理后,进行干燥处理,获得所述第一混合物粉体。
66.这样,通过添加所述第一表面活性剂使得所述石墨颗粒、有机粘结剂颗粒在水溶液中均匀分散。为了提高两者的分散均匀性,在具体实施例中,混合分散处理可以采用行星搅拌的方式进行,通过特定方式对混合物进行剪切、搓合处理,提高两者充分混合均匀。
67.另外,所述第一表面活性剂添加能够提高各颗粒的分散性,避免发生团聚,在一实
施例中,所述第一表面活性剂在水溶液中的添加量优选是1%wt~30%wt。在具体实施例中,所述第一表面活性剂包括苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、月桂酰基谷氨酸、硬脂酸甘油单酯中的至少一种。选用该类第一表面活性剂能够有效提高混合物中各颗粒的分散均匀性。
68.在一实施例中,所述石墨颗粒的颗粒粒径为亚微米级,优选的其d50粒径在100nm~1μm。在具体实施例中,所述石墨颗粒选用石墨化度为90%~100%的石墨材料,如可选用人造石墨、鳞片天然石墨、中间相石墨化品中的至少一种。通过对石墨颗粒和材料的控制优化,使得制备的二次颗粒如图1所示的核体01具有短的li

扩散路径,提高倍率性能。为了有效获得亚微米级的所述石墨颗粒,在具体实施例中,可以将石墨材料与水混合后进行球磨后干燥制备成所述石墨颗粒。
69.所述有机粘结剂颗粒经步骤s02中的第一碳化后会生成上文所述负极材料核体01所含的非完全石墨化碳材料11的前驱体,因此,所述有机粘结剂颗粒是非完全石墨化碳材料11的前驱体碳源。在一实施例中,所述有机粘结剂颗粒优选控制为d50控制在100nm~5μm,优选为100nm~1μm,以间接控制步骤s02中生成的碳化颗粒粒径,以最终实现控制并优化生成负极材料核体01的粒径。在具体实施例中,所述有机粘结剂颗粒特别是100nm~5μm的所述有机粘结剂颗粒按照下述方法制备:
70.将有机粘结剂材料与添加有第三表面活性剂的水溶液混合后进行球磨后干燥制备成所述有机粘结剂颗粒。
71.其中,所述第三表面活性剂的添加是提高有机粘结剂材料分散性和避免球磨后形成的所述有机粘结剂颗粒发生团聚。在一实施例中,所述第三表面活性剂在水溶液中的添加量优选是1%wt~30%wt。在具体实施例中,所述第三表面活性剂包括苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、月桂酰基谷氨酸、硬脂酸甘油单酯中的至少一种。选用该类第三表面活性剂能够有效提高混合物中有机粘结剂材料和所述有机粘结剂颗粒的分散均匀性。另外,所述第三表面活性剂可以与上文所述的第一表面活性剂相同或不同的具体成分。
72.在具体实施例中,所述有机粘结剂颗粒沥青为酚醛树脂、软化点60℃~400℃的沥青中的至少一种,其中,软化点60℃~400℃的沥青可以是高软化点沥青、中间相沥青、中温沥青、高温沥青、改质沥青中的至少一种。选用该有机粘结剂颗粒,其一方面在固态时具有成颗粒特性,另一方面在后续碳化处理过程中,能够有效包覆所述石墨颗粒,并使得石墨颗粒能够在其中均匀分散并自身被碳化,从而赋予最终生成的如图1所示核体01具有优异的各向同性,而且利于li

的脱嵌。
73.所述步骤s02中,所述第一混合物粉体在所述第一碳化处理过程中,所含的有机粘结剂颗粒会被碳化生成碳材料,而且将所述石墨颗粒原位包覆其中,使得石墨颗粒原位掺杂并分散在碳颗粒材料中。在一实施例中,所述第一碳化处理的碳化温度为900~1400℃,另外,该温度下的碳化应该是充分的,将所述有机粘结剂充分碳化。经所述第一碳化处理后的所述粉碎处理,是为了控制和调节所述碳化颗粒的粒径,所述粉碎处理可以采用常规的方式进行粉碎。
74.所述步骤s03中,所述碳化颗粒在所述石墨化处理过程中,由所述有机粘结剂碳化生成的碳材料进一步被石墨化,也既是生成上文所述负极核体01所含的非完全石墨化碳材料11。在一实施例中,所述碳材料在所述石墨化处理过程中生成低石墨化,如石墨化度为
60%~90%。这样,使生成的所述核体01具有高的各向同性,以提高对li

的脱嵌性。如上文所述,所述核体01的粒径优选控制为2μm~25μm。
75.所述步骤s04中的所述包覆剂中,所述有机碳源颗粒与导电剂应该是均匀混合的,在一实施例中,所述导电剂与有机碳源颗粒的质量比例为10:90~70:30,也既是所述导电剂与有机碳源颗粒是按照质量比为10:90~70:30的比例进行混合处理形成所述包覆剂。通过优化两者的混合比例,从而优化上文负极材料壳层02的导电性和提高li

脱嵌速度。
76.在一实施例中,所述导电剂为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、氧化石墨烯、磺化石墨烯中的至少一种。具体的,所述单壁碳纳米管、多壁碳纳米管的管径2~20nmnm,石墨烯优选为单层或双层石墨烯。通过优化导电剂尺寸改善导电剂在包覆剂均匀性,并最终提高生成如图1所示壳层02中的分散均匀性,并提高壳层02的导电性和li

脱嵌速度。
77.在另一实施例中,所述有机碳源颗粒的d50为100nm~1μm。优化所述有机碳源颗粒能够提高其与导电剂之间的分散性能,并最终提高生成如图1所示壳层02中导电剂的分散性。在具体实施例中,所述有机碳源颗粒可以按照如下方法制备:
78.将有机碳源与添加有第四表面活性剂的水溶液中进行球磨,球磨后干燥制备成所述有机碳源颗粒。
79.其中,所述第四表面活性剂的添加是提高有机碳源材料分散性和避免球磨后形成的所述有机碳源颗粒发生团聚。在一实施例中,所述第四表面活性剂在水溶液中的添加量优选是1%wt~30%wt。另外,将有机碳源与添加有第四表面活性剂的水溶液配成浆料固含量优选为25%~75%。
80.在具体实施例中,所述第四表面活性剂包括苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、月桂酰基谷氨酸、硬脂酸甘油单酯中的至少一种。选用该类第四表面活性剂能够有效提高混合物中有机碳源颗粒的分散均匀性。另外,所述第四表面活性剂可以与上文所述的第一表面活性剂、第三表面活性剂相同或不同的具体成分。
81.在具体实施例中,所述有机碳源为酚醛树脂,呋喃树脂、环氧树脂、软化点60℃~400℃的沥青中的至少一种,其中,软化点60℃~400℃的所述沥青为中温沥青、高软化点沥青、高温沥青、改质沥青中的至少一种,那么所述有机碳源颗粒为酚醛树脂,呋喃树脂、环氧树脂、软化点60℃~400℃的沥青中的至少一种材料颗粒。通过对有机碳源颗粒材料的优化,能够使得最终在步骤s06的第二次碳化处理中生成无杂质碳材料,如优选的生成无定型碳材料,从而提高如图1所示壳层02的li

脱嵌速度。
82.另外,所述步骤s04与上文所述步骤s01至步骤s03不分先后。
83.所述步骤s05中的第二混合物粉体中,步骤s03中制备的所述核体01和步骤s04中制备的包覆剂应该是均匀混合的,以提高最终制备的负极材料具有良好的核壳结构。一实施例中,所述核体01与包覆剂是质量比例为99.9:0.1~50:50,具体如1:10,也既是所述核体01与包覆剂是按照质量比为99.9:0.1~50:50的比例进行混合处理形成所述第二混合物粉体。通过优化两者的混合比例,从而优化上文负极材料壳层02的厚度,以提高壳层02li

脱嵌速度和导电性能,从而最终提高负极的倍率性能。
84.为了提高两者的混合均匀性,在一实施例中,将所述核体01、包覆剂制备成第二混合物粉体的方法包括如下步骤:
85.将所述核体01、包覆剂与添加有第二表面活性剂的水溶液进行混合分散处理后,
进行干燥处理,获得所述第二混合物粉体。
86.这样,通过添加所述第二表面活性剂使得所述核体01、包覆剂在水溶液中均匀分散。为了提高两者的分散均匀性,在具体实施例中,混合分散处理可以采用行星搅拌的方式进行,通过特定方式对混合物进行剪切、搓合处理,提高两者充分混合均匀。
87.另外,所述第二表面活性剂添加能够提高核体01、包覆剂的分散性,避免发生团聚,在一实施例中,所述第二表面活性剂在水溶液中的添加量优选是1%wt~30%wt。在具体实施例中,所述第二表面活性剂包括苯磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、月桂酰基谷氨酸、硬脂酸甘油单酯中的至少一种。选用该类第二表面活性剂能够有效提高混合物中各颗粒的分散均匀性。另外,所述第二表面活性剂可以与上文所述的第一表面活性剂、第三表面活性剂和、第四表面活性剂相同或不同的具体成分。
88.所述步骤s06中,所述第二混合物粉体在所述第二碳化处理过程中,所含的有机粘结剂颗粒会被碳化生成碳材料,而且将所述石墨颗粒原位包覆其中,使得包覆剂中所含的有机碳源颗粒被碳化生成碳的保护层,并原位包覆所述核体01,其中,所述导电剂原位掺杂并分散在碳的保护层中,以原位生成上文所述壳层02。在一实施例中,所述第二碳化处理的碳化温度为900~1400℃,另外,该温度下的碳化应该是充分的,将所述有机粘结剂充分碳化。
89.进一步地,待步骤s06之后,还包括对经第二碳化处理的产物经粉碎过筛处理的步骤。
90.因此,上文所述负极材料制备方法能够保证制备的负极材料具有稳定的核壳结构,赋予制备的负极材料具有优异的导电性能和li

脱嵌性能以及倍率性能。而且所述负极制备方法能够有效保证制备的负极材料结构和电化学性能稳定,而且效率高。
91.另一方面,基于上文所述负极材料及其制备方法,本发明实施例还提供了一种电池负极。所述电池负极结构可以是电池负极的常规结构,如包括集流体和形成于所述集流体表面的负极活性材料层。在一所述实施例中,所述负极活性材料层包括负极活性材料,当然还可以包括导电剂和粘结剂等成分。其中,所述负极活性材料为上文所述的本发明实施例负极材料。这样,基于上文所述负极材料具有优异的导电性能和li

脱嵌性能以及倍率性能,因此,所述电池负极电阻小,li

脱嵌和倍率性能优异。
92.再一方面,基于上文所述电池负极,本发明实施例还提供了一种二次电池,如果锂离子电池。所述二次电池包括必要的部件,如正极片和负极片,以及层叠于所述正极片与负极片之间的隔膜等组件。其中,所述负极片为上文所述的电池负极片。这样,由于所述二次电池所含的负极片为上文所述电池负极片,因此,所述二次电池具有优异的倍率性能等电化学性能。
93.以下通过多个具体实施例来举例说明本发明实施例负极材料及其制备方法和应用等。
94.一.电池负极材料及其制备方法实施例
95.实施例1
96.本实施例提供一种电池负极材料及其制备方法。所述电池负极材料为如图1所示的核壳机构,其中,核体包括非完全石墨化碳材料和掺杂在所述非完全石墨化碳材料中的若干鳞片天然石墨颗粒;所述壳层包括无定形碳材料和掺杂在所述无定形碳材料中的单壁
碳纳米管导电剂,所述壳层厚度为10nm。
97.所述电池负极材料的制备方法包括如下步骤:
98.s1.取石墨化度为99%鳞片天然石墨与水在球磨机中球磨至d50=500nm;
99.s2.取沥青与含5%苯磺酸钠水溶液在球磨机中球磨至d50=500nm,其中选取的沥青石墨化后石墨化度为85%;
100.s3.球磨后石墨与沥青按70:30的比例配比,加入含5%苯磺酸钠水溶液,制备成固含量为50%的浆料;
101.s4.将所述浆料采用行星搅拌分散机分散混合,混合完成后干燥,得到混合颗粒料;
102.s5.将混合颗粒料进行碳化,碳化温度为1100℃;
103.s6.将碳化品粉碎球化成d50=15μm二次颗粒;
104.s7.将二次颗粒石墨化;
105.s8.将沥青与5%苯磺酸钠水溶液,制备成固含量为50%的浆料后球磨,球磨后干燥,球磨后沥青粒度d50=500nm;
106.s9.将单壁碳纳米管与球磨后沥青按1:1方式配比组成包覆剂;
107.s10.将二次颗粒、包覆剂按照质量比为二次颗粒:包覆剂=96:4的比例混合,加入含5%苯磺酸钠水溶液制备成50%含量浆料,行星搅拌机中分散,分散后干燥;
108.s11.将混合粉末碳化,碳化温度为1100℃;
109.s12.将步骤s11中获得碳化物稍微破碎过筛制备成最终样品;高倍透射电镜下测得表面包覆层10nm。
110.实施例2
111.本实施例提供一种电池负极材料及其制备方法。所述电池负极材料为如图1所示的核壳机构,其中,核体包括非完全石墨化碳材料和掺杂在所述非完全石墨化碳材料中的若干石油焦人造石墨颗粒;所述壳层包括无定形碳材料和掺杂在所述无定形碳材料中的单壁碳纳米管导电剂,所述壳层厚度为10nm。
112.所述电池负极材料的制备方法包括如下步骤:
113.s1.取石墨化度为94%石油焦人造石墨与水在球磨机中球磨至d50=500nm;
114.s2.取沥青与含5%苯磺酸钠水溶液在球磨机中球磨至d50=500nm,其中选取的沥青石墨化后石墨化度为85%;
115.s3.球磨后石墨与沥青按70:30的比例配比,加入含5%苯磺酸钠水溶液,制备成固含量为50%的浆料;
116.s4.将所述浆料采用行星搅拌分散机分散混合,混合完成后干燥,得到混合颗粒料;
117.s5.将混合颗粒料进行碳化,碳化温度为1100℃;
118.s6.将碳化品粉碎球化成d50=15μm二次颗粒;
119.s7.将二次颗粒石墨化;
120.s8.将沥青与5%苯磺酸钠水溶液,制备成固含量为50%的浆料后球磨,球磨后干燥,球磨后沥青粒度d50=500nm;
121.s9.将单壁碳纳米管与球磨后沥青按1:1方式配比组成包覆剂;
122.s10.将二次颗粒、包覆剂按照质量比为二次颗粒:包覆剂=96:4的比例混合,加入含5%苯磺酸钠水溶液制备成50%含量浆料,行星搅拌机中分散,分散后干燥;
123.s11.将混合粉末碳化,碳化温度为1100℃;
124.s12.将以步骤s11中获得碳化物稍微破碎过筛制备成最终样品。高倍透射电镜下测得表面包覆层10nm。
125.实施例3
126.本实施例提供一种电池负极材料及其制备方法。所述电池负极材料为如图1所示的核壳机构,其中,核体包括非完全石墨化碳材料和掺杂在所述非完全石墨化碳材料中的若干鳞片天然石墨颗粒;所述壳层包括无定形碳材料和掺杂在所述无定形碳材料中的单壁碳纳米管导电剂,所述壳层厚度为10nm。
127.所述电池负极材料的制备方法包括如下步骤:
128.s1.取石墨化度为99%鳞片天然石墨与水在球磨机中球磨至d50=800nm;
129.s2.取沥青与含5%苯磺酸钠水溶液在球磨机中球磨至d50=500nm,其中选取的沥青石墨化后石墨化度为85%;
130.s3.球磨后石墨与沥青按70:30的比例配比,加入含5%苯磺酸钠水溶液,制备成固含量为50%的浆料;
131.s4.将以所述料采用行星搅拌分散机分散混合,混合完成后干燥,得到混合颗粒料;
132.s5.将混合料进行碳化,碳化温度为1100℃;
133.s6.将碳化品粉碎球化成d50=12μm二次颗粒;
134.s7.将二次颗粒石墨化;
135.s8.将沥青与5%苯磺酸钠水溶液,制备成固含量为50%的浆料后球磨,球磨后干燥,球磨后沥青粒度d50=500nm;
136.s9.将单壁碳纳米管与球磨后沥青按1:1方式配比组成包覆剂;
137.s10.将二次颗粒、包覆剂按照质量比为二次颗粒:包覆剂=96:4的比例混合,加入含5%苯磺酸钠水溶液制备成50%含量浆料,行星搅拌机中分散,分散后干燥;
138.s11.将混合粉末碳化,碳化温度为1100℃;
139.s12.将将以步骤s11中获得碳化物稍微破碎过筛制备成最终样品。高倍透射电镜下测得表面包覆层10nm。
140.实施例4
141.本实施例提供一种电池负极材料及其制备方法。所述电池负极材料为如图1所示的核壳机构,其中,核体包括非完全石墨化碳材料和掺杂在所述非完全石墨化碳材料中的若干鳞片天然石墨颗粒;所述壳层包括无定形碳材料和掺杂在所述无定形碳材料中的单壁碳纳米管导电剂,所述壳层厚度为10nm。
142.所述电池负极材料的制备方法包括如下步骤:
143.s1.取石墨化度为99%鳞片天然石墨与水在球磨机中球磨至d50=500nm;
144.s2.取沥青与含5%苯磺酸钠水溶液在球磨机中球磨至d50=500nm,其中选取的沥青石墨化后石墨化度为85%;
145.s3.球磨后石墨与沥青按80:20的比例配比,加入含5%苯磺酸钠水溶液,制备成固
含量为50%的浆料;
146.s4.将以上浆料采用行星搅拌分散机分散混合,混合完成后干燥;
147.s5.将混合料进行碳化,碳化温度为1100℃;
148.s6.将碳化品粉碎球化成d50=15μm二次颗粒;
149.s7.将二次颗粒石墨化;
150.s8.将沥青与5%苯磺酸钠水溶液,制备成固含量为50%的浆料后球磨,球磨后干燥,球磨后沥青粒度d50=500nm;
151.s9.将单壁碳纳米管与球磨后沥青按1:1方式配比组成包覆剂,
152.s10.将二次颗粒、包覆剂按照质量比为二次颗粒:包覆剂=96:4的比例混合,加入含5%苯磺酸钠水溶液制备成50%含量浆料,行星搅拌机中分散,分散后干燥;
153.s11.将混合粉末碳化,碳化温度为1100℃;
154.s12.将以上材料碳化后稍微破碎过筛制备成最终样品;高倍透射电镜下测得表面包覆层10nm。
155.实施例5
156.本实施例提供一种电池负极材料及其制备方法。所述电池负极材料为如图1所示的核壳机构,其中,核体包括非完全石墨化碳材料和掺杂在所述非完全石墨化碳材料中的若干鳞片天然石墨颗粒;所述壳层包括无定形碳材料和掺杂在所述无定形碳材料中的单壁碳纳米管导电剂,所述壳层厚度为10nm。
157.所述电池负极材料的制备方法包括如下步骤:
158.s1.取石墨化度为99%鳞片天然石墨与水在球磨机中球磨至d50=500nm;
159.s2.取沥青与含5%苯磺酸钠水溶液在球磨机中球磨至d50=500nm,其中选取的沥青石墨化后石墨化度为85%;
160.s3.球磨后石墨与沥青按70:30的比例配比,加入含5%苯磺酸钠水溶液,制备成固含量为50%的浆料;
161.s4.将以上浆料采用行星搅拌分散机分散混合,混合完成后干燥,得到混合颗粒料;
162.s5.将混合料进行碳化,碳化温度为1100℃;
163.s6.将碳化品粉碎球化成d50=12μm二次颗粒;
164.s7.将二次颗粒石墨化;
165.s8.将沥青与5%苯磺酸钠水溶液,制备成固含量为50%的浆料后球磨,球磨后干燥,球磨后沥青粒度d50=500nm;
166.s9.将单壁碳纳米管与球磨后沥青按1:1方式配比组成包覆剂;
167.s10.将二次颗粒、包覆剂按照质量比为二次颗粒:包覆剂=96:4的比例混合,加入含5%苯磺酸钠水溶液制备成50%含量浆料,行星搅拌机中分散,分散后干燥;
168.s11.将混合粉末碳化,碳化温度为1100℃;
169.s12.将步骤s11中获得碳化物将以上材料碳化后稍微破碎过筛制备成最终样品;高倍透射电镜下测得表面包覆层10nm。
170.实施例6
171.本实施例提供一种电池负极材料及其制备方法。所述电池负极材料为如图1所示
的核壳机构,其中,核体包括非完全石墨化碳材料和掺杂在所述非完全石墨化碳材料中的若干鳞片天然石墨颗粒;所述壳层包括无定形碳材料和掺杂在所述无定形碳材料中的单壁碳纳米管导电剂,所述壳层厚度为10nm。
172.所述电池负极材料的制备方法包括如下步骤:
173.s1.取石墨化度为99%鳞片天然石墨与水在球磨机中球磨至d50=500nm;
174.s2.取沥青与含5%苯磺酸钠水溶液在球磨机中球磨至d50=500nm,其中选取的沥青石墨化后石墨化度为85%;
175.s3.球磨后石墨与沥青按70:30的比例配比,加入含5%苯磺酸钠水溶液,制备成固含量为50%的浆料;
176.s4.将以上浆料采用行星搅拌分散机分散混合,混合完成后干燥;
177.s5.将混合料进行碳化,碳化温度为1100℃;
178.s6.将碳化品粉碎球化成d50=15μm二次颗粒;
179.s7.将二次颗粒石墨化;
180.s8.将沥青与5%苯磺酸钠水溶液,制备成固含量为50%的浆料后球磨,球磨后干燥,球磨后沥青粒度d50=500nm;
181.s9.将单壁碳纳米管与球磨后沥青按1:1方式配比组成包覆剂,
182.s10.将二次颗粒、包覆剂按照质量比为二次颗粒:包覆剂=92:8的比例混合,加入含5%苯磺酸钠水溶液制备成50%含量浆料,行星搅拌机中分散,分散后干燥;
183.s11.将混合粉末碳化,碳化温度为1100℃;
184.s12.将以上材料碳化后稍微破碎过筛制备成最终样品;高倍透射电镜下测得表面包覆层10nm;
185.实施例7
186.本实施例提供一种电池负极材料及其制备方法。所述电池负极材料为如图1所示的核壳机构,其中,核体包括非完全石墨化碳材料和掺杂在所述非完全石墨化碳材料中的若干鳞片天然石墨颗粒;所述壳层包括无定形碳材料和掺杂在所述无定形碳材料中的单壁碳纳米管导电剂,所述壳层厚度为10nm。
187.所述电池负极材料的制备方法包括如下步骤:
188.s1.取石墨化度为99%鳞片天然石墨与水在球磨机中球磨至d50=500nm;
189.s2.取沥青与含5%苯磺酸钠水溶液在球磨机中球磨至d50=500nm,其中选取的沥青石墨化后石墨化度为85%;
190.s3.球磨后石墨与沥青按70:30的比例配比,加入含5%苯磺酸钠水溶液,制备成固含量为50%的浆料;
191.s4.将以上浆料采用行星搅拌分散机分散混合,混合完成后干燥,得到混合颗粒料;
192.s5.将混合料进行碳化,碳化温度为1100℃;
193.s6.将碳化品粉碎球化成d50=15μm二次颗粒;
194.s7.将二次颗粒石墨化;
195.s8.将沥青与5%苯磺酸钠水溶液,制备成固含量为50%的浆料后球磨,球磨后干燥,球磨后沥青粒度d50=1μm;
196.s9.将单壁碳纳米管与球磨后沥青按1:1方式配比组成包覆剂,
197.s10.将二次颗粒、包覆剂按照质量比为二次颗粒:包覆剂=96:4的比例混合,加入含5%苯磺酸钠水溶液制备成50%含量浆料,行星搅拌机中分散,分散后干燥;
198.s11.将混合粉末碳化,碳化温度为1100℃;
199.s12.将步骤s11中获得碳化物稍微破碎过筛制备成最终样品;高倍透射电镜下测得表面包覆层10nm;
200.实施例8
201.本实施例提供一种电池负极材料及其制备方法。所述电池负极材料为如图1所示的核壳机构,其中,核体包括非完全石墨化碳材料和掺杂在所述非完全石墨化碳材料中的若干鳞片天然石墨颗粒;所述壳层包括无定形碳材料和掺杂在所述无定形碳材料中的单壁碳纳米管导电剂,所述壳层厚度为10nm。
202.所述电池负极材料的制备方法包括如下步骤:
203.s1.取石墨化度为99%鳞片天然石墨与水在球磨机中球磨至d50=500nm;
204.s2.取沥青与含5%苯磺酸钠水溶液在球磨机中球磨至d50=500nm,其中选取的沥青石墨化后石墨化度为80%;
205.s3.将球磨后石墨与沥青按70:30的比例配比,加入含5%苯磺酸钠水溶液,制备成固含量为50%的浆料;
206.s4.将以上浆料采用行星搅拌分散机分散混合,混合完成后干燥;
207.s5.将混合料进行碳化,碳化温度为1100℃;
208.s6.碳化品粉碎球化成d50=15μm二次颗粒;
209.s7.将二次颗粒石墨化;
210.s8.将沥青与5%苯磺酸钠水溶液,制备成固含量为50%的浆料后球磨,球磨后干燥,球磨后沥青粒度d50=500nm;
211.s9.将单壁碳纳米管与球磨后沥青按25:75方式配比组成包覆剂,
212.s10.将二次颗粒、包覆剂按照质量比为二次颗粒:包覆剂=96:4的比例混合,加入含5%苯磺酸钠水溶液制备成50%含量浆料,行星搅拌机中分散,分散后干燥;
213.s11.将混合粉末碳化,碳化温度为1100℃;
214.s12.将步骤s11中获得碳化物稍微破碎过筛制备成最终样品;高倍透射电镜下测得表面包覆层10nm。
215.实施例9
216.本实施例提供一种电池负极材料及其制备方法。所述电池负极材料为如图1所示的核壳机构,其中,核体包括非完全石墨化碳材料和掺杂在所述非完全石墨化碳材料中的若干鳞片天然石墨颗粒;所述壳层包括无定形碳材料和掺杂在所述无定形碳材料中的单壁碳纳米管导电剂,所述壳层厚度为10nm。
217.所述电池负极材料的制备方法包括如下步骤:
218.s1.取石墨化度为99%鳞片天然石墨与水在球磨机中球磨至d50=500nm;
219.s2.取沥青与含5%苯磺酸钠水溶液在球磨机中球磨至d50=500nm,其中选取的沥青石墨化后石墨化度为85%;
220.s3.球磨后石墨与沥青按70:30的比例配比,加入含5%苯磺酸钠水溶液,制备成固
含量为50%的浆料;
221.s4.将以上浆料采用行星搅拌分散机分散混合,混合完成后干燥;
222.s5.将混合料进行碳化,碳化温度为1100℃;
223.s6.将碳化品粉碎球化成d50=15μm二次颗粒;
224.s7.将二次颗粒石墨化;
225.s8.将沥青与5%苯磺酸钠水溶液,制备成固含量为50%的浆料后球磨,球磨后干燥,球磨后沥青粒度d50=500nm;
226.s9.将单壁碳纳米管与球磨后沥青按25:75方式配比组成包覆剂;
227.s10.将二次颗粒、包覆剂按照质量比为二次颗粒:包覆剂=96:4的比例混合,加入含5%苯磺酸钠水溶液制备成50%含量浆料,行星搅拌机中分散,分散后干燥;
228.s11.将混合粉末碳化,碳化温度为1100℃;
229.s12.将步骤s11中获得碳化物稍微破碎过筛制备成最终样品;高倍透射电镜下测得表面包覆层10nm。
230.对比例1
231.s1.取石墨化度为99%鳞片天然石墨,粉碎至d50=10μm;
232.s2.将沥青粉碎至d50=3μm;其中沥青石墨化后石墨化度为85%;
233.s3.粉碎后的石墨与沥青按70:30机械混合;
234.s4.将以上混合物转炉内二次造粒,造粒粒度为d50=15μm;
235.s5.将二次颗粒石墨化;
236.s6.将石墨化二次颗粒与d50=3μm沥青按96:4机械混合;
237.s7.将以上混合物碳化后过筛,形成最终材料,高倍透射电镜下测得包覆层厚度在10nm;
238.对比例2
239.s1.取石墨化度为94%石油焦人造石墨,粉碎至d50=10μm;
240.s2.将沥青粉碎至d50=3μm;其中沥青石墨化后石墨化度为85%;
241.s3.粉碎后的石墨与沥青按70:30机械混合;
242.s4.将以上混合物转炉内二次造粒,造粒粒度为d50=15μm;
243.s5.将二次颗粒石墨化;
244.s6.将石墨化二次颗粒与d50=3μm沥青按96:4机械混合;
245.s7.将以上混合物碳化后过筛,形成最终材料,高倍透射电镜下测得包覆层厚度在10nm;
246.对比例3
247.s1.取石墨化度为99%鳞片天然石墨,粉碎至d50=12μm;
248.s2.将沥青粉碎至d50=3μm;其中沥青石墨化后石墨化度为85%;
249.s3.粉碎后的石墨与沥青按70:30机械混合;
250.s4.将以上混合物转炉内二次造粒,造粒粒度为d50=15μm;
251.s5.将二次颗粒石墨化;
252.s6.将石墨化二次颗粒与d50=3μm沥青按96:4机械混合;
253.s7.将以上混合物碳化后过筛,形成最终材料,高倍透射电镜下测得包覆层厚度在
10nm。
254.对比例4
255.s1.取石墨化度为99%鳞片天然石墨,粉碎至d50=10μm;
256.s2.将沥青粉碎至d50=3μm;其中沥青石墨化后石墨化度为85%;
257.s3.粉碎后的石墨与沥青按80:20机械混合;
258.s4.将以上混合物转炉内二次造粒,造粒粒度为d50=15μm;
259.s5.将二次颗粒石墨化;
260.s6.将石墨化二次颗粒与d50=3μm沥青按96:4机械混合;
261.s7.将以上混合物碳化后过筛,形成最终材料,高倍透射电镜下测得包覆层厚度在10nm;
262.对比例5
263.s1.取石墨化度为99%鳞片天然石墨,粉碎至d50=10μm;
264.s2.将沥青粉碎至d50=3μm;其中沥青石墨化后石墨化度为85%;
265.s3.粉碎后的石墨与沥青按70:30机械混合;
266.s4.将以上混合物转炉内二次造粒,造粒后通过分级控制粒度为d50=12μm;
267.s5.将二次颗粒石墨化;
268.s6.将石墨化二次颗粒与d50=3μm沥青按96:4机械混合;
269.s7.将以上混合物碳化后过筛,形成最终材料,高倍透射电镜下测得包覆层厚度在10nm;
270.对比例6
271.s1.取石墨化度为99%鳞片天然石墨,粉碎至d50=10μm;
272.s2.将沥青粉碎至d50=3μm;其中沥青石墨化后石墨化度为85%;
273.s3.粉碎后的石墨与沥青按70:30机械混合;
274.s4.将以上混合物转炉内二次造粒,造粒粒度为d50=15μm;
275.s5.将二次颗粒石墨化;
276.s6.将石墨化二次颗粒与d50=3μm沥青按92:8机械混合;
277.s7.将以上混合物碳化后过筛,形成最终材料,高倍透射电镜下测得包覆层厚度在20nm;
278.对比例7
279.s1.取石墨化度为99%鳞片天然石墨,粉碎至d50=10μm;
280.s2.将沥青粉碎至d50=3μm;其中沥青石墨化后石墨化度为85%;
281.s3.粉碎后的石墨与沥青按70:30机械混合;
282.s4.将以上混合物转炉内二次造粒,造粒粒度为d50=15μm;
283.s5.将二次颗粒石墨化;
284.s6.将石墨化二次颗粒与d50=10μm沥青按96:4机械混合;
285.s7.将以上混合物碳化后过筛,形成最终材料,高倍透射电镜下测得包覆层厚度在10nm;
286.对比例8
287.s1.取石墨化度为99%鳞片天然石墨,粉碎至d50=10μm;
288.s2.将沥青粉碎至d50=3μm;其中沥青石墨化后石墨化度为80%;
289.s3.粉碎后的石墨与沥青按70:30机械混合;
290.s4.将以上混合物转炉内二次造粒,造粒粒度为d50=15μm;
291.s5.将二次颗粒石墨化;
292.s6.将石墨化二次颗粒与d50=10μm沥青按96:4机械混合;
293.s7.将以上混合物碳化后过筛,形成最终材料,高倍透射电镜下测得包覆层厚度在10nm;
294.二.电池负极和锂离子电池实施例
295.将实施例1至实施例9和对比例1至对比例8提供的电池负极材料按照如下方法组装成锂离子电池:
296.负极极片:分别将实施例1至实施例9和对比例1至对比例8提供电池负极材料与sp、cmc、sbr按质量比96:1:1:2均匀后,均匀涂覆在铜箔集流体上,经干燥获得负极极片;
297.正极极片:将正极活性物质按lini
0.5
co
0.2
mn
0.3
、导电剂、pvdf按96.5:2:1.5的质量比混合均匀后涂覆于铝箔,获得正极极片;
298.电解液:1mol/l lipf6 ec emc的溶剂为电解液;
299.隔膜:聚乙/丙烯复合微孔膜
300.全电池组装:将所述负极极片、正极极片、电解液、隔膜按照电池组装要求组装成小软包后,经过化成、老化、分容。
301.扣电组装:将所述负极极片、锂金属极片、所述电解液、隔膜按照扣电组装要求组装成扣电。
302.三.相关特性测试
303.1.极限压实测试:将电池负极和锂离子电池实施例中制备的各负极片在辊压机上辊压,逐渐增加压力,以极片出现明显的压裂与亮边时的压实为极限压实。测得结果如下述表1中数据。
304.2.电池负极材料的容量测试:将电池负极和锂离子电池实施例中制备的各扣电按照容量测试标准进行测定。测得结果如下述表1中数据。
305.3.电池负极材料的容量测试:将电池负极和锂离子电池实施例中制备的全电池按照倍率充放电测试标准进行测定。测得结果如下述表1中数据。
306.表1
[0307][0308]
对比实施例1~6以及对比例1~6中可以看出,采用本发明实施例提供的电池负极材料倍率充放电性能明显提高。在实施例1、2以及对比例1、2可以看出采用较低的石墨化的内核材料后,倍率性能会提升,但容量跟压实会下降。在实施例1、3以及对比例1、3可以看出采用粒度较大的内核材料后,倍率性能会下降,但压实会上升。在实施例1、4以及对比例1、4可以看出提高石墨化度的内核比例后,倍率性能会下降,但容量跟压实会上升。在实施例1、5以及对比例1、5可以看出降低二次颗粒粒度后,倍率性能会提升,但压实性能会下降。在实施例中1、6以及对比例1~6中可以看出增加包覆层厚度,倍率性能会提高,但压实容量会下降。在实施例中1、7以及对比例1~7中可以看出增加包覆剂沥青粒度后,倍率性能、压实性能会下降,这应该是由于小粒度沥青能够在二次颗粒表面形成更为均匀的包覆。在实施例中1、8以及对比例1~8中可以看出选用更低的石墨化度粘接剂沥青后,倍率提升、压实性能会下降。在对比实施例1、9中,可以看到导电剂的减少,会导致倍率性能的下降,说明导电剂会对材料的倍率性能有提升作用。
[0309]
总结:一次颗粒的大小、石墨化度、二次颗粒的大小均会影响材料的倍率性能,粘接剂的石墨化度会影响材料的倍率性能,包覆剂中沥青比例影响包覆层厚度、包覆剂中导
电剂的使用量会影响材料的倍率性能,包覆剂中高分子的大小会影响颗粒包覆的均匀性进而影响材料的倍率性能。本专利发明的采用亚微米级石墨颗粒与低石墨化度的粘接剂材料制备成的二次颗粒,在表面形成高导电性碳/无定型碳制备方法,能有效减少li

扩散路径、形成更利于li

脱嵌的微晶取向、表面li

脱嵌速度增大以及电子导电性提高,最终使得材料倍率性能增大。
[0310]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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