锂离子电池负极及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及裡离子电池技术领域，尤其设及一种裡离子电池负极及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 裡电技术已经成为现代社会的重要组成部分，从智能手机到电动车等都在使用裡 电提供的便携能源。裡离子电池最早由索尼公司1991年实现商业化，之后不断发展，技术 上取得了长足的进步，但是电池的能量密度、功率、寿命W及安全性等方面仍然存在缺陷， 不能完全满足社会发展的需求，因此成为研发人员迫切需要解决的问题。众所周知电池性 能很大程度上取决于材料技术，电池性能的提高通常是通过提高负极和正极材料来实现 的。
[0003] 现今商业化的裡离子电池绝大多数都采用某一种或几种碳材料作为负极。1973年 碳材料首次被提出可用做插层电极，随后得到了广泛的应用。采用不同的碳材料前驱体、审U 备方法W及热处理/化学处理活化方法均可得到具有不同结晶度、化学成分和微观结构的 碳材料。
[0004] 裡离子插层的碳材料主要有石墨、焦炭、中间相渐青、碳纤维、热解碳、碳60 W及 纳米碳管等。无定形碳（比如软碳和硬碳）相对于结晶状的碳材料（比如人造石墨和天然 石墨）来说，在寿命、功率和安全性能方面更具优势，但是石墨材料则在能量密度和价格方 面优势明显。基于此，为了提高电池的寿命、功率和安全性能，人们经常把软碳或者硬碳渗 混到石墨材料里做成负极，但是增加了渗混的步骤同时也增加了生产成本。因此，如何制造 低成本高性能的负极一直是裡电工业界的一大挑战。
【发明内容】
阳0化]本发明解决的技术问题在于提供一种裡离子电池负极，本申请提供的裡离子电池 负极，使裡离子电池具有较高的能量密度、功率密度且成本较低。
[0006] 有鉴于此，本申请提供了一种裡离子电池负极，包括由碳材料、粘结剂与导电剂组 成的负极涂层；
[0007] 所述碳材料包括：碳核，包覆于所述碳核表面的第一碳材料，包覆于所述第一碳材 料表面的第二碳材料；所述碳核为石墨或中间相炭微球；所述第一碳材料为硬碳、石墨締 或碳纳米管，所述第二碳材料为无定形碳或石墨；
[0008] 所述负极涂层的孔隙率为20%~40%，所述负极涂层的厚度为40 μ m~90 μ m。 阳009] 优选的，所述碳核的含量为59wt %~99. 8wt %，所述第一碳材料的含量为 0.1 wt %~40wt %，所述第二碳材料为0.1 wt %~lOwt %。
[0010] 优选的，所述粘结剂的含量为所述碳材料、粘结剂与导电剂总量的0. 5wt%~ lOwt% ;所述导电剂的含量为所述碳材料、粘结剂与导电剂总量的0. 5wt%~lOwt%。
[0011] 优选的，所述负极涂层的孔隙率为25%~35%，所述负极涂层的厚度为50 μπι~ 75 μ m〇
[0012] 本申请还提供了一种裡离子电池负极的制备方法，包括W下步骤：
[0013] 将碳材料、导电剂与粘结剂混合，得到浆料；
[0014] 将所述浆料在集流体上进行涂敷，得到裡离子电池负极；
[0015] 所述碳材料包括：碳核，包覆于碳核表面的第一碳材料，包覆于第一碳材料表面的 第二碳材料；
[0016] 所述碳核材料为石墨或中间相炭微球，所述第一碳材料为石墨締、碳纳米管或热 解产生硬碳的碳材料前驱体，所述第二碳材料为石墨或热解产生无定形碳的碳材料前驱 体；
[0017] 所述裡离子电池负极的孔隙率为20 %~40 %，所述裡离子电池负极的厚度为 40 μιη ~ 90 μπ?ο
[0018] 优选的，所述碳材料的制备方法包括^下步骤： 阳019] 将碳核材料、第一碳材料与第二碳材料在溶剂中混合，得到混合液；
[0020] 将所述混合液进行蒸发，然后热处理，得到碳材料；
[0021] 所述碳核材料为石墨或中间相炭微球，所述第一碳材料为石墨締、碳纳米管或热 解产生硬碳的碳材料前驱体，所述第二碳材料为石墨或热解产生无定形碳的碳材料前驱 体。 W22] 优选的，所述碳核材料的粒径为10 μπι~30 μπι，所述第一碳材料的粒径为 0. 1 μ m~10 μ m，所述第二碳材料的粒径为0. 1~10 μ m。
[0023] 优选的，所述碳材料的制备方法，包括W下步骤：
[0024] 将碳核材料、第一碳材料与溶剂混合，得到第一混合液，将第二碳材料与溶剂混 合，得到第二混合液；
[00巧]将所述第一混合液蒸发后热处理，得到第一包覆碳材料；
[00%] 将所述第一包覆碳材料与所述第二混合液混合，蒸发后热处理，得到碳材料；
[0027] 所述碳核材料为石墨或中间相炭微球，所述第一碳材料为石墨締、碳纳米管或热 解产生硬碳的碳材料前驱体，所述第二碳材料为石墨或热解产生无定形碳的碳材料前驱 体。
[0028] 优选的，所述热解产生硬碳的碳材料前驱体为石油基树脂，所述热解产生无定形 碳的碳材料前驱体为煤焦油渐青。
[0029] 优选的，得到浆料的过程具体为：
[0030] 将碳材料与导电剂混合后再与粘结剂混合，得到浆料。
[0031] 本申请提供了一种裡离子电池负极，其包括由碳材料、导电剂与粘结剂组成的负 极涂层，其中所述碳材料包括碳核、第一碳材料与第二碳材料，所述第一碳材料包覆于碳核 表面，所述第二碳材料包覆于所述第一碳材料表面，其中所述碳核为石墨或中间相炭微球， 所述第一碳材料为硬碳、石墨締或碳纳米管，所述第二碳材料为无定形碳或石墨；所述负极 涂层的孔隙率为20 %~40 %，厚度为40 μ m~90 μ m。
[0032] 本申请提供的裡离子电池负极的涂层由碳材料、粘结剂与导电剂组成，其中碳材 料的碳核是提供能量密度的组分，第一碳材料是改善电池功率密度、寿命与安全性的组分， 而第二碳材料具有较低的比表面积，易于与电解液界面形成固相电极界面，W保护碳核与 第一碳材料，因此本申请提供的碳材料通过设置碳核、第一碳材料与第二碳材料，使碳材料 应用于裡离子电池的负极具有较高的能量密度与功率密度；同时本申请采用的碳材料均可 W通过简单途径获得，则本申请的碳材料成本较低；本申请还通过调节裡离子电池负极的 电极特性参数负极涂层的孔隙率与厚度，进一步使裡离子电池具有较高的能量密度与功率 密度。
【具体实施方式】
[0033] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，运些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。
[0034] 本发明实施例公开了一种裡离子电池负极，其特征在于，包括由碳材料、粘结剂与 导电剂组成的负极涂层；
[0035] 所述碳材料包括：碳核，包覆于所述碳核表面的第一碳材料，包覆于所述第一碳材 料表面的第二碳材料；所述碳核为石墨或中间相炭微球；所述第一碳材料为硬碳、石墨締 或碳纳米管，所述第二碳材料为无定形碳或石墨；
[0036] 所述负极涂层的孔隙率为20%~40%，所述负极涂层的厚度为40 μ m~90 μ m。
[0037] 本申请提供了一种裡离子电池负极，所述裡离子电池的负极包括集流体与集流体 表面的负极涂层。本申请所述裡离子电池负极的涂层是由碳材料、粘结剂与导电剂组成。本 申请通过在负极中引入特殊结构的碳材料，并调节负极材料的电极特性参数：负极涂层的 厚度与孔隙率，使本申请的裡离子电池具有较高的能量密度与功率密度。
[0038] 本申请负极涂层中的碳材料具有双层包覆结构，其中碳核是贡献能量密度的组 分，其被第一碳材料包覆，第一碳材料是具有高功率、长寿命与高安全性的材料，是整个材 料中改善功率、寿命与安全性的组分，第一碳材料被第二碳材料包覆，第二碳材料具有低的 比表面积，易与电解液界面形成固相电解界面，由此，本申请的碳材料设置的碳核与第一碳 材料使碳电极材料具有较高的能量密度、功率密度、寿命与安全性，而包覆于第二碳材料又 能够保证碳电极材料与电解液界面形成固相电极界面，因此本申请的碳材料作为裡离子电 池的负极材料，使裡离子电池具有较高的能量密度、功率密度、安全性与寿命。
[0039] 本申请所述碳核为石墨或中间相炭微球，所述石墨可W为天然石墨，也可W是人 造石墨，所述碳核在碳电极材料中是提供能量密度的组分。所述碳核的含量为59wt%~ 99. 8wt%，更优选为70wt%~90wt%。若碳核的含量过低，则会使碳电极材料的能量密度 太低，若碳核的含量过高，则会影响碳材料功率密度的提升。对于石墨或中间相碳微球的来 源，本申请没有特别的限制。
[0040] 按照本申请，包覆于碳核表面的第一碳材料为硬碳、石墨締或碳纳米管，所述第二 碳材料的特征是具有高效率、长寿命W及高安全性，其是整个碳电极材料中改善功率、寿命 与安全性的组分。所述硬碳是指难W被石墨化的碳，是高分子聚合物的热分解产物，所述硬 碳可W为树脂碳、炭黑等。所述硬碳材料均具有很高的可逆比容量。所述石墨締是一种有 碳原子构成的单层片状结构的材料。所述第一碳材料的含量为0.1 wt%~40wt%，优选为 5wt %~35wt %，所述第一碳材料的含量过低，则会影响功率密度的提升，含量过高，则会导 致能量密度