[發明專利]一種碳基復合負極材料及其制備方法以及一種化學電源及其制備方法

在審

• 申請號: 201910088946.0
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109859951A
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發明（設計）人: 安仲勛;虞嘉菲;徐雪茹;夏恒恒;方文英;李和順;杜連歡
• 申請（專利權）人: 上海奧威科技開發有限公司
• 主分類號: H01G11/06
• 分類號: H01G11/06;H01G11/30;H01G11/32;H01G11/84;H01M4/36;H01M4/583;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

本發明提供了一種碳基復合負極材料及其制備方法以及一種化學電源及其制備方法。所述負極材料主要由石墨和硬碳組成，所述石墨和硬碳獨立地為球形或類球形，所述石墨和硬碳的粒徑D50之比為所述化學電源包含所述的碳基復合負極材料。所述化學電源的制備方法包括：(1)制備負極片；(2)制備正極片；(3)將負極片、正極片和隔膜制成電芯，放入殼體中，注入電解液后插入鋰源極，進行鋰離子預摻雜，之后進行化成，去除鋰源極，封口，得到所述化學電源。本發明提供的負極材料壓實密度高，本發明提供的化學電源首次效率高，電化學性能好。

技術領域

本發明屬于化學電源技術領域，涉及一種碳基復合負極材料，尤其涉及一種碳基復合負極材料及其制備方法以及一種化學電源及其制備方法。

背景技術

隨著經濟發展、化石資源的消耗與環境危機問題迭出，人們越來越重視發展的可持續性與安全性。因此化學電源作為能源儲存于轉換系統以其資源利用率高、環境污染小諸多優點受到廣泛關注。鋰離子電池具有高輸出電壓、高能量密度、無記憶效應等優點是目前應用最廣、最有發展潛力的二次電池，然而其功率性能、循環壽命較差。超級電容器作為一種新型電化學儲能器件，具有高倍率、超長壽命、高安全性、高功率密度等優點彌補了鋰離子電池的不足。以混合動力車(HEV)為代表的動力電源則要求高比功率和適當的比能量。鋰離子混合電容器和高功率鋰離子電池，可以在保證大功率輸出的前提下，兼具較大的比能量，是固定線路運行的公交、軌交等混合電動和純電動汽車的動電源的首選。

石墨負極材料具有良好的層狀結構，首次效率高，壓實密度高的優點，但層間距較小，不利于快充。硬碳負極材料層間距較大，有利于快充，但該材料具有首次效率低，壓實密度低等缺點不利于器件比能量的發揮。為了克服上述兩種材料的缺點，很多研究人員將兩種材料混合使用。但混合使用受硬碳的影響負極片的密度和正極的首次效率都受影響，一定程度上還是會損失器件的比能量。

CN102339988A公開了一種高壓實密度鋰離子電池負極石墨材料及其制備方法，包括如下步驟：①將球形天然石墨和無定形炭混合均勻；②在800～1500℃進行表面炭化處理2～6小時；③和添加劑充分混合，所述的添加劑為硅、鐵、錫或硼的碳化物或它們的氧化物中的一種或多種；④進行催化石墨化處理，即得。該方案雖然提高了碳基負極材料的壓實密度，但是負極材料結構復雜，制備過程繁瑣，成本較高。

CN104108699A公開了一種高容量高壓實密度鋰離子電池石墨負極材料的制備方法，其步驟為：①將固定碳含量80-99％的天然石墨球化，②對其進行純化石墨化，得到所需石墨負極材料。該方案雖然也可在一定程度上提高碳基負極材料的壓實密度，并且制備方法簡單，但是得到的負極材料電化學性能較差。

CN102290572A公開了一種鋰離子二次電池用負極活性物質及負極，所述的鋰離子二次電池用負極活性物質是以球形或準球形石墨、顆粒長寬比為1.0～3.0的塊狀人造石墨和顆粒長寬比為1.0～4.0的針狀人造石墨的混合物為基體，混合基體外包覆有非石墨類碳材料，包覆量為混合基體質量的1～20％；所述的非石墨類碳材料為瀝青或樹脂。本實施例雖然提高了碳基負極材料的壓實密度，但是負極材料結構復雜，制備過程繁瑣，成本較高。

因此，開發一種壓實密度高的負極材料，并且進行過程優化，使得包含該負極材料的化學電源首次效率高，對于本領域有重要研究價值。

發明內容

針對現有技術中存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種碳基復合負極材料及其制備方法以及一種化學電源及其制備方法。本發明提供的碳基復合負極材料壓實密度高，本發明提供的化學電源通過鋰離子的預摻雜解決了首次效率較低的問題。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供一種碳基復合負極材料，所述負極材料主要由石墨和硬碳組成，所述石墨和硬碳獨立地為球形或類球形，所述石墨和硬碳的D50之比為