负极材料及其制备方法、及负极极片和二次电池与流程

本发明涉及电池材料领域，具体涉及一种负极材料及其制备方法、及负极极片和二次电池。

背景技术：

1、在二次电池的碳类负极材料中，石墨因其具有层状结构、低结晶度、大层间距等结构特点，有利于离子快速脱嵌，具备高容量，高倍率，低温性能好等电化学性能优点。用石墨材料制备的负极有导电性好、嵌锂膨胀小、放电平台低等优点，且石墨在电池充放电过程中的颗粒结构破坏较小，具备较高的再生价值。

2、然而，目前利用再生石墨制备的负极材料能量密度低、充电电压平台低、快充性能差。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明提出一种负极材料及其制备方法，旨在解决目前利用再生石墨制备的负极材料能量密度低、充电电压平台低、快充性能差的问题。

2、为实现上述目的，本发明提出一种负极材料，以质量百分比计，包括：30％～80％的再生石墨，10％～40％的无定形碳前驱体，10％～30％的纳米硅，所述无定形碳前驱体包括葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉、环糊精、沥青、酚醛树脂、环氧树脂、羧甲基纤维素、柠檬酸中的至少一种。

3、可选地，所述再生石墨和所述纳米硅的质量比为(5～8)：1。

4、可选地，所述再生石墨和所述无定形碳前驱体的质量比为(1～4)：1。

5、可选地，所述再生石墨的平均粒径为5μm～10μm；和/或，所述纳米硅的平均粒径为100nm～200nm；和/或，所述负极材料的平均粒径为6μm～18μm。

6、为实现上述目的，本发明提出一种上述负极材料的制备方法，包括以下步骤：

7、将废旧石墨在酸溶液中浸泡，随后进行搅拌、过滤、水洗、烘干，得到再生石墨；

8、将所述再生石墨与无定形碳前驱体和纳米硅混合后，进行冷等静压成型，得到生制品；

9、将所述生制品在惰性气氛中高温热解，得到胚体，将所述胚体解碎后即得所述负极材料。

10、可选地，所述酸溶液包括硫酸、硝酸、盐酸中的至少一种；和/或，所述酸溶液的浓度为0.01mol/l～0.2mol/l。

11、可选地，所述冷等静压成型的压力为200mpa～450mpa；和/或，所述冷等静压成型的时间为30min～80min。

12、可选地，所述高温热解的温度为700℃～1200℃；和/或，所述高温热解的时间为1h～3h；和/或，所述高温热解的升温速率为5℃/min～15℃/min。

13、为了实现上述目的，本发明还提出一种负极极片，包括上述的负极材料，或者，包括由上述的制备方法制备得到的负极材料。

14、可选地，所述负极极片的制备方法包括以下步骤：

15、将导电炭黑、部分的羧甲基纤维素、去离子水混合搅拌，得到导电胶液；

16、向所述导电胶液中加入上述的负极材料搅拌，得到第一混合溶液；

17、向所述第一混合溶液中加入丁苯橡胶搅拌，得到第二混合溶液；

18、向所述第二混合溶液中加入乙醇和剩余的羧甲基纤维素搅拌，得到负极浆料；

19、将所述负极浆料涂覆在负极集流体的两面，然后干燥、冷压、分切，得到负极极片。

20、可选地，所述负极材料、所述导电炭黑、所述羧甲基纤维素和所述丁苯橡胶的质量比为90～96:1～4:1～3:4～6；

21、和/或，所述负极浆料中去离子水与乙醇的体积比为8～9.5:0.5～2；

22、和/或，所述部分的羧甲基纤维素为50％～70％的羧甲基纤维素，所述剩余的羧甲基纤维素为30％～50％的羧甲基纤维素。

23、为了实现上述目的，本发明还提出一种二次电池，包括上述的负极极片。

24、为了实现上述目的，本发明还提出一种用电设备，包括上述的二次电池。

25、本发明的有益效果：本发明的负极材料为以再生石墨为原料制备的硅碳负极材料，再生石墨拥有比新鲜石墨更高的层间距，锂离子扩散阻抗较低，能够进一步提高利用本发明负极材料制备得到的锂二次电池的快充性能。同时，由于纳米硅的加入，使得本发明负极材料的比容量和充电平台更高，进而制备得到的电芯能量密度更高，且在快充过程中其负极表面不易析锂，避免了产生锂枝晶后枝晶刺破隔膜导致电池短路，进而威胁电池安全，提升了本发明负极材料的安全性能。并且，无定形碳前驱体的结构能够缓解石墨和纳米硅在充放电过程中的体积变化，提高材料的结构稳定性和循环性能。

26、综合上述优势，本发明提供的负极材料能量密度高、全电电压平台高、快充性能优异，并且通过酸处理实现了对废旧石墨的回收利用，通过等静压成型提高负极材料的结构稳定性，进而抑制硅和石墨在嵌锂过程中的体积膨胀。再生石墨制备负极材料不仅可以节约石墨资源，还可以减少废弃物的产生，具有良好的经济和环保效益。

技术特征：

1.一种负极材料，其特征在于，以质量百分比计，包括：

2.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述再生石墨和所述纳米硅的质量比为(5～8)：1。

3.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述再生石墨和所述无定形碳前驱体的质量比为(1～4)：1。

4.如权利要求1所述的负极材料，其特征在于，所述再生石墨的平均粒径为5μm～10μm；

5.一种负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述酸溶液包括硫酸、硝酸、盐酸中的至少一种；

7.如权利要求5所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述冷等静压成型的压力为200mpa～450mpa；

8.如权利要求5所述的负极材料的制备方法，其特征在于，所述高温热解的温度为700℃～1200℃；

9.一种负极极片，其特征在于，包括如权利要求1～4中任意一项所述的负极材料，或者，包括由如权利要求5～8中任意一项所述的制备方法制备得到的负极材料。

10.一种二次电池，其特征在于，包括如权利要求9中任意一项所述的负极极片。

技术总结
本发明公开了一种负极材料及其制备方法、及负极极片和二次电池，属于电池材料领域。所述负极材料以质量百分比计，包括：30％～80％的再生石墨，10％～40％的无定形碳前驱体，10％～30％的纳米硅，所述无定形碳前驱体包括葡萄糖、蔗糖、可溶性淀粉、环糊精、沥青、酚醛树脂、环氧树脂、羧甲基纤维素、柠檬酸中的至少一种。本发明提供的负极材料能量密度高、全电电压平台高、快充性能优异。

技术研发人员：邰建,陈志焕,陶颖杰,秦建平,王书慧,杜鹏,潘福中
受保护的技术使用者：浙江极氪智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17