[發(fā)明專利]低溫快充人造石墨負(fù)極材料及制備方法和低溫快充電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010595625.2
• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN113851614A
• 公開（公告）日: 2021-12-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉萍;胡文良;陳輝;王磊;高瑞星;徐懷良
• 申請（專利權(quán)）人: 上海昱瓴新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/583;H01M10/0525
• 代理公司: 上海科盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 陳天寶

本發(fā)明涉及一種低溫快充人造石墨負(fù)極材料及制備方法和低溫快充電池，所述復(fù)合材料包括石墨基體，以及包覆在石墨基體表面上的碳納米管和無定形碳；所述碳納米管和無定形碳的質(zhì)量為石墨基體質(zhì)量的0.5～5％；制備過程中采用石油焦、瀝青焦或石墨電極接頭粉為原料，通過粉碎、整形球化，高溫純化后，再進(jìn)行CVD氣相沉積碳包覆得到低溫快充人造石墨負(fù)極材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中使用的小粒徑石墨單顆粒具有更好的低溫快充性能；采用高溫純化的方式使石墨具有更高的純度和結(jié)晶度；采用兩步降溫的方式有利于消除材料制備過程中產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力；使用本發(fā)明低溫快充人造石墨負(fù)極材料所制備的電池具有較高的能量密度和良好的低溫快充性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，尤其是涉及一種低溫快充人造石墨負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來國家大力推廣新能源電動汽車，但是電動汽車電池的充電時間長，并且在冬天寒冷天氣下電池性能大幅降低導(dǎo)致電動汽車的推廣受阻，因此迫切需要對鋰離子電池的低溫快充性能進(jìn)行改善。鋰離子電池性能的提高主要取決于電極材料電化學(xué)性能的改善。因此，提高負(fù)極材料的充放電特性，同時保持優(yōu)越的循環(huán)性能具有重要意義。現(xiàn)有技術(shù)中，低溫快充石墨負(fù)極材料基本都是以二次顆粒碳化形成，但二次顆粒碳化存在需包覆改性、工藝復(fù)雜、成本高等缺點(diǎn)。同時包覆層太厚會造成一定程度的能量密度損失；此外，該技術(shù)方案受到二次顆粒粒徑較大的制約，無法再進(jìn)一步提高石墨負(fù)極材料的低溫快充性能，難以滿足鋰離子電池對低溫快充的性能要求。

有鑒于此，確有必要開發(fā)一種小粒徑單顆粒表面包覆、工藝簡單、具有優(yōu)異低溫與快充性能的低溫快充石墨負(fù)極材料及其制備方法。

中國專利CN102299308A和CN103199254A分別報(bào)道了一種鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法，其采用氣相沉積的方法在石墨基體表面原位生長的網(wǎng)狀碳納米管和/或碳纖維、和/或混和在石墨基體之間的網(wǎng)狀碳納米管和/或碳纖維組成復(fù)合材料。使用該材料確實(shí)提高了鋰離子電池的倍率性能、吸液以及循環(huán)性能。但是該方法采用金屬催化劑，所得材料表面殘留大量金屬雜質(zhì)，影響材料充放電性能，降低材料比容量。其采用一步降溫方式致使材料應(yīng)力釋放過快，導(dǎo)致表面包覆層脫落，材料低溫快充性能依舊較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種低溫快充人造石墨負(fù)極材料及其制備方法，以簡單的工藝制備了小粒徑單顆粒表面包覆結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的低溫快充性能。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明中低溫快充人造石墨負(fù)極材料為包覆型碳復(fù)合材料；所述復(fù)合材料包括石墨基體，以及包覆在石墨基體表面上的碳納米管和無定形碳；所述碳納米管和無定形碳的質(zhì)量為石墨基體質(zhì)量的0.5～5％。

進(jìn)一步地，所述復(fù)合材料的石墨化度為85％～95％，粒度D50為3～8μm，振實(shí)密度為0.7～1.2g/cm³，比表面積為1～6m²/g。

本發(fā)明中上述低溫快充人造石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：將原料粉碎、整形、球化，得到石墨前驅(qū)體粉體；

S2：將所述石墨前驅(qū)體粉體置于高溫純化爐中，高溫純化后得到石墨基體；

S3：將所述石墨基體置于氣相沉積爐中，在惰性保護(hù)氣體保護(hù)下升溫至設(shè)定沉積溫度，在設(shè)定沉積溫度同時在惰性保護(hù)氣體、催化氣體、碳源氣體的氛圍下進(jìn)行氣相沉積，得到碳包覆人造石墨負(fù)極材料；

S4：將S3中得到的碳包覆人造石墨負(fù)極材料進(jìn)行篩分，得到平均粒度D50為3～8μm的低溫快充人造石墨負(fù)極材料。

進(jìn)一步地，S1中所述原料為粒徑小于10mm的石油焦、瀝青焦、石墨電極接頭粉中一種或多種。

進(jìn)一步地，S1中所述石墨前驅(qū)體粉體的粒度D50為2～7μm。