[發明專利]一種負極活性物質、硅碳負極材料、硅碳負極極片和高能量密度快充型鋰離子電池

有效

• 申請號: 202010590867.2
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111613791B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 王仲明;楊金林;周圓圓;張雄波;李佛;周浩
• 申請（專利權）人: 湖南電將軍新能源有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;H01M4/133;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 毛志杰

本發明提供了一種負極活性物質、硅碳負極材料、硅碳負極極片和高能量密度快充型鋰離子電池。該負極活性物質含有石墨和含硅材料；含硅材料為核殼結構，包括內核和殼層，內核為硅粉和導電炭黑的混合物，殼層為石墨烯層；石墨的配向性I(004)/I(110)的值為0.5～4。本發明通過選用具有特定配向性的石墨與特定結構的含硅材料相搭配制備負極活性物質，大幅提升了鋰離子電池的能量密度以及大倍率充電能力，可以有效降低大倍率充電溫升，保證電池的安全性能和使用壽命。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池技術領域，尤其涉及一種負極活性物質、硅碳負極材料、硅碳負極極片和高能量密度快充型鋰離子電池。

背景技術

近年來，隨著鋰離子電池技術的發展，鋰離子電池已廣泛應用于汽車領域。與傳統燃料汽車相比，電動汽車普遍存在充電速度慢的缺點。電動汽車正常充電時間需要7～8h，采用快速充電模式也在1h以上。因此研究開發能夠在6～10min內充滿電的鋰離子電池具有重要意義。

目前，市場上改善鋰離子電池快充性能的普遍方法是采用改性鈦酸鋰，如中國專利CN201510116652.6公開了一種復合鈦系氧化物負極材料及包含其的快充型鋰離子電池，其主要通過兩種鈦系氧化物復合來提高電池的循環性能和倍率性能。但是鈦酸鋰作為負極材料時，電位平臺高達1.55V，單體電芯的能量密度較低，導致鈦酸鋰系列鋰離子電池的應用領域受到限制。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種負極活性物質、硅碳負極材料、硅碳負極極片和高能量密度快充型鋰離子電池。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種負極活性物質，所述負極活性物質含有石墨和含硅材料；所述含硅材料為核殼結構，包括內核和殼層，所述內核為硅粉和導電炭黑的混合物，殼層為石墨烯層；所述石墨的配向性I(004)/I(110)的值為0.5～4。

本發明的負極活性物質，含硅材料的內核選用硅粉和導電炭黑混合物，同時在表面包覆形成石墨烯層，既保證了負極材料具有較高的能量密度，又提高了其在大倍率充電時的電子轉移能力，同時改善負極的導熱能力，將熱量及時散出，抑制溫升；通過選用具有特定配向性的石墨和含硅材料搭配，進一步協同提高了電池的快充能力，保證了電池的循環性能以及安全性能。

上述的負極活性物質，優選的，為了提高負極的導電性，所述導電炭黑的質量為含硅材料質量的0.5～5％。

上述的負極活性物質，優選的，為了得到完整的石墨烯包覆殼層，較好地抑制硅的體積膨脹，保證負極材料的倍率性能同時快速降低溫升延長電池使用壽命，所述石墨烯層的質量為含硅材料質量的1～5％。

上述的負極活性物質，優選的，所述含硅材料的粒徑D50為100～200nm，比表面積≥25m²/g。含硅材料的粒徑及比表面積需控制在本發明的范圍內，粒徑太低或者比表面積過大，將難以得到表面均勻包覆石墨烯層的含硅材料，且含硅材料與石墨很難分散均勻；粒徑太大或者比表面積太小，會導致電池材料在循環過程中容易發生體積膨脹，造成循環性能下降。

上述的負極活性物質，優選的，所述石墨為人造石墨和/或天然石墨，所述石墨的粒徑D50為4～10um，比表面積≥2.0m²/g。

將含硅材料和石墨的粒徑以及比表面積協同控制在本發明的范圍內，有利于提高負極材料的真實密度和能量密度，保證負極材料的綜合性能。

上述的負極活性物質，優選的，為了改善電池的大倍率充電能力，所述石墨和含硅材料的質量比為(3-19):1。

上述的負極活性物質，優選的，為了得到綜合性能最佳的負極活性物質，其制備方法包括以下步驟：