本发明涉及锂离子电池领域,具体涉及一种负极材料及其制备方法和锂离子电池。
背景技术:
1、锂离子电池具有高电压、高容量、循环寿命长、自放电效率低、安全性能好等诸多优点,被广泛应用在3c/数码产品、电动汽车、储能等领域。负极材料是锂离子电池的重要组成部分,负极材料的组成和结构对锂离子电池的电化学性能具有决定性的影响。
2、目前,商品化锂离子电池的碳类负极材料主要是天然石墨和人造石墨,其中人造石墨具有原料来源广泛,表面副反应较少的特点,但是其往往很难同时兼顾高容量和长循环。究其原因在于人造石墨在循环过程中会发生较大的体积膨胀,从而影响人造石墨的循环性能。现有技术中有通过二次造粒或表面包覆的方式来降低人造石墨的膨胀力,但是这些方式要么会恶化容量和压密,要么会恶化高温性能。
3、因此,需要提供一种能同时兼顾高容量和长循环的负极材料及其制备方法。
技术实现思路
1、鉴于以上现有技术中存在的问题,本发明提供一种负极材料及其制备方法和锂离子电池,以改善人造石墨的膨胀问题,使其同时兼顾高容量和长循环的特点。
2、为实现上述目的及其它相关目的,本发明第一方面提供一种负极材料,所述负极材料包括人造石墨和硬碳,所述硬碳原位生长镶嵌在所述人造石墨内部,所述硬碳在所述负极材料中的质量含量whc为:5wt%≤whc≤15wt%。
3、在本发明一实施例中,所述负极材料在80mpa下的粉体压密p1为1.62≤p≤1.68g/cm3,在200mpa下的粉体压密p2为1.68≤p2≤1.73g/cm3。
4、在本发明一实施例中,所述负极材料的粒径dv50为7.5μm至10μm。
5、本发明第二方面提供一种负极材料的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:
6、取部分石墨前驱体进行半煅处理及粉碎整形处理,获得第一石墨前驱体;取另一部分石墨前驱体进行粉碎整形处理,获得第二石墨前驱体;
7、对所述第一石墨前驱体和所述第二石墨前驱体进行热整形,并在热整形后的所述第一石墨前驱体和所述第二石墨前驱体内分别混入硬碳前驱体,分散均匀,获得第一复合前驱体和第二复合前驱体;
8、将所述第一复合前驱体和所述第二复合前驱体依次交替填入栅格状坩埚炉内,进行石墨化处理,获得具有人造石墨-硬碳原位复合的负极材料。
9、在本发明一实施例中,所述第一石墨前驱体与所述第二石墨前驱体质量相等,所述半煅处理的温度为600℃至900℃,时间为3h至5h。
10、在本发明一实施例中,所述石墨前驱体选自煤系针焦,所述煤系针焦的挥发份含量大于10%,且小于15%;
11、和/或,所述硬碳前驱体选自煤沥青喹啉不溶物,所述煤沥青喹啉不溶物的分子量为1800至2600。
12、在本发明一实施例中,所述硬碳前驱体的添加量占所述第一石墨前驱体或所述第二石墨前驱体质量的15%至40%。
13、在本发明一实施例中,所述石墨化处理的温度为2500℃至2800℃。
14、在本发明一实施例中,所述第一石墨前驱体和所述第二石墨前驱体的粒径分布满足:dv50为3μm至5μm,(dv90-dv10)/dv50≤1.2。
15、本发明还提供一种锂离子电池,所述锂离子电池包括负极极片,所述负极极片包括上述任一所述的负极材料或上述任一制备方法制备的负极材料。
16、本发明的负极材料包括人造石墨和硬碳,且硬碳与人造石墨形成原位镶嵌结构,硬碳的结构稳定,嵌锂时的体积变化小,有利于提高人造石墨的结构稳定性,减小人造石墨的体积膨胀;并且硬碳镶嵌在人造石墨内部,不暴露在人造石墨表面,避免了硬碳高活性表面带来的副反应,从而使得负极材料同时兼顾高容量和长循环的特点。
17、本发明利用原位非均相热膨胀技术使人造石墨与硬碳原位复合在一起,利用镶嵌于人造石墨内部的硬碳提高其结构稳定性,改善体积膨胀问题,同时,避免硬碳的高活性表面带来的副反应,使得负极材料在保持高容量,高动力学的同时具有低膨胀、长循环的特点。
1.一种负极材料,其特征在于,包括:人造石墨和硬碳,所述硬碳原位生长镶嵌在所述人造石墨内部,所述硬碳在所述负极材料中的质量含量whc为:5wt%≤whc≤15wt%。
2.根据权利要求1所述的负极材料,其特征在于,所述负极材料在80mpa下的粉体压密p1为1.62≤p≤1.68g/cm3,在200mpa下的粉体压密p2为1.68≤p2≤1.73g/cm3。
3.根据权利要求1所述的负极材料,其特征在于,所述负极材料的粒径dv50为7.5μm至10μm。
4.一种权利要求1所述的负极材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
5.根据权利要求4所述的负极材料的制备方法,其特征在于,所述第一石墨前驱体与所述第二石墨前驱体质量相等,所述半煅处理的温度为600℃至900℃,时间为3h至5h。
6.根据权利要求4所述的负极材料的制备方法,其特征在于,所述石墨前驱体选自煤系针焦,所述煤系针焦的挥发份含量大于10%,且小于15%;
7.根据权利要求4所述的负极材料的制备方法,其特征在于,所述硬碳前驱体的添加量占所述第一石墨前驱体或所述第二石墨前驱体质量的15%至40%。
8.根据权利要求4所述的负极材料的制备方法,其特征在于,所述石墨化处理的温度为2500℃至2800℃。
9.根据权利要求4所述的负极材料的制备方法,其特征在于,所述第一石墨前驱体和所述第二石墨前驱体的粒径分布满足:dv50为3μm至5μm,(dv90-dv10)/dv50≤1.2。
10.一种锂离子电池,其特征在于,包括负极极片,所述负极极片包括权利要求1至4任一所述的负极材料。