锂离子电池负极及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池负极，包括由碳材料、粘结剂与导电剂组成的负极涂层；所述碳材料包括：碳核，包覆于所述碳核表面的第一碳材料，包覆于所述第一碳材料表面的第二碳材料；所述碳核为石墨或中间相炭微球；所述第一碳材料为硬碳、石墨烯或碳纳米管，所述第二碳材料为无定形碳或石墨；所述负极涂层的孔隙率为20％～40％，所述负极涂层的厚度为40μm～90μm。本申请通过在锂离子电池的负极添加特殊结构的碳材料，并调节电极特性参数孔隙率与厚度，使电池具有较高的能量密度与功率密度。本申请还提供了所述锂离子电池负极的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池负极及其制备方法。
技术介绍
锂电技术已经成为现代社会的重要组成部分，从智能手机到电动车等都在使用锂电提供的便携能源。锂离子电池最早由索尼公司1991年实现商业化，之后不断发展，技术上取得了长足的进步，但是电池的能量密度、功率、寿命以及安全性等方面仍然存在缺陷，不能完全满足社会发展的需求，因此成为研发人员迫切需要解决的问题。众所周知电池性能很大程度上取决于材料技术，电池性能的提高通常是通过提高负极和正极材料来实现的。现今商业化的锂离子电池绝大多数都采用某一种或几种碳材料作为负极。1973年碳材料首次被提出可用做插层电极，随后得到了广泛的应用。采用不同的碳材料前驱体、制备方法以及热处理/化学处理活化方法均可得到具有不同结晶度、化学成分和微观结构的碳材料。锂离子插层的碳材料主要有石墨、焦炭、中间相沥青、碳纤维、热解碳、碳60以及纳米碳管等。无定形碳(比如软碳和硬碳)相对于结晶状的碳材料(比如人造石墨和天然石墨)来说，在寿命、功率和安全性能方面更具优势，但是石墨材料则在能量密度和价格方面优势明显。基于此，为了提高电池的寿命、功率和安全性能，人们经常把软碳或者硬碳掺混到石墨材料里做成负极，但是增加了掺混的步骤同时也增加了生产成本。因此，如何制造低成本高性能的负极一直是锂电工业界的一大挑战。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种锂离子电池负极，本申请提供的锂离子电池负极，使锂离子电池具有较高的能量密度、功率密度且成本较低。有鉴于此，本申请提供了一种锂离子电池负极，包括由碳材料、粘结剂与导电剂组成的负极涂层；所述碳材料包括：碳核，包覆于所述碳核表面的第一碳材料，包覆于所述第一碳材料表面的第二碳材料；所述碳核为石墨或中间相炭微球；所述第一碳材料为硬碳、石墨烯或碳纳米管，所述第二碳材料为无定形碳或石墨；所述负极涂层的孔隙率为20％～40％，所述负极涂层的厚度为40μm～90μm。优选的，所述碳核的含量为59wt％～99.8wt％，所述第一碳材料的含量为0.1wt％～40wt％，所述第二碳材料为0.1wt％～10wt％。优选的，所述粘结剂的含量为所述碳材料、粘结剂与导电剂总量的0.5wt％～10wt％；所述导电剂的含量为所述碳材料、粘结剂与导电剂总量的0.5wt％～10wt％。优选的，所述负极涂层的孔隙率为25％～35％，所述负极涂层的厚度为50μm～75μm。本申请还提供了一种锂离子电池负极的制备方法，包括以下步骤：将碳材料、导电剂与粘结剂混合，得到浆料；将所述浆料在集流体上进行涂敷，得到锂离子电池负极；所述碳材料包括：碳核，包覆于碳核表面的第一碳材料，包覆于第一碳材料表面的第二碳材料；所述碳核材料为石墨或中间相炭微球，所述第一碳材料为石墨烯、碳纳米管或热解产生硬碳的碳材料前驱体，所述第二碳材料为石墨或热解产生无定形碳的碳材料前驱体；所述锂离子电池负极的孔隙率为20％～40％，所述锂离子电池负极的厚度为40μm～90μm。优选的，所述碳材料的制备方法包括以下步骤：将碳核材料、第一碳材料与第二碳材料在溶剂中混合，得到混合液；将所述混合液进行蒸发，然后热处理，得到碳材料；所述碳核材料为石墨或中间相炭微球，所述第一碳材料为石墨烯、碳纳米管或热解产生硬碳的碳材料前驱体，所述第二碳材料为石墨或热解产生无定形碳的碳材料前驱体。优选的，所述碳核材料的粒径为10μm～30μm，所述第一碳材料的粒径为0.1μm～10μm，所述第二碳材料的粒径为0.1～10μm。优选的，所述碳材料的制备方法，包括以下步骤：将碳核材料、第一碳材料与溶剂混合，得到第一混合液，将第二碳材料与溶剂混合，得到第二混合液；将所述第一混合液蒸发后热处理，得到第一包覆碳材料；将所述第一包覆碳材料与所述第二混合液混合，蒸发后热处理，得到碳材料；所述碳核材料为石墨或中间相炭微球，所述第一碳材料为石墨烯、碳纳米管或热解产生硬碳的碳材料前驱体，所述第二碳材料为石墨或热解产生无定形碳的碳材料前驱体。优选的，所述热解产生硬碳的碳材料前驱体为石油基树脂，所述热解产生无定形碳的碳材料前驱体为煤焦油沥青。优选的，得到浆料的过程具体为：将碳材料与导电剂混合后再与粘结剂混合，得到浆料。本申请提供了一种锂离子电池负极，其包括由碳材料、导电剂与粘结剂组成的负极涂层，其中所述碳材料包括碳核、第一碳材料与第二碳材料，所述第一碳材料包覆于碳核表面，所述第二碳材料包覆于所述第一碳材料表面，其中所述碳核为石墨或中间相炭微球，所述第一碳材料为硬碳、石墨烯或碳纳米管，所述第二碳材料为无定形碳或石墨；所述负极涂层的孔隙率为20％～40％，厚度为40μm～90μm。本申请提供的锂离子电池负极的涂层由碳材料、粘结剂与导电剂组成，其中碳材料的碳核是提供能量密度的组分，第一碳材料是改善电池功率密度、寿命与安全性的组分，而第二碳材料具有较低的比表面积，易于与电解液界面形成固相电极界面，以保护碳核与第一碳材料，因此本申请提供的碳材料通过设置碳核、第一碳材料与第二碳材料，使碳材料应用于锂离子电池的负极具有较高的能量密度与功率密度；同时本申请采用的碳材料均可以通过简单途径获得，则本申请的碳材料成本较低；本申请还通过调节锂离子电池负极的电极特性参数负极涂层的孔隙率与厚度，进一步使锂离子电池具有较高的能量密度与功率密度。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。本专利技术实施例公开了一种锂离子电池负极，其特征在于，包括由碳材料、粘结剂与导电剂组成的负极涂层；所述碳材料包括：碳核，包覆于所述碳核表面的第一碳材料，包覆于所述第一碳材料表面的第二碳材料；所述碳核为石墨或中间相炭微球；所述第一碳材料为硬碳、石墨烯或碳纳米管，所述第二碳材料为无定形碳或石墨；所述负极涂层的孔隙率为20％～40％，所述负极涂层的厚度为40μm～90μm。本申请提供了一种锂离子电池负极，所述锂离子电池的负极包括集流体与集流体表面的负极涂层。本申请所述锂离子电池负极的涂层是由碳材料、粘结剂与导电剂组成。本申请通过在负极中引入特殊结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池负极，其特征在于，包括由碳材料、粘结剂与导电剂组成的负极涂层；所述碳材料包括：碳核，包覆于所述碳核表面的第一碳材料，包覆于所述第一碳材料表面的第二碳材料；所述碳核为石墨或中间相炭微球；所述第一碳材料为硬碳、石墨烯或碳纳米管，所述第二碳材料为无定形碳或石墨；所述负极涂层的孔隙率为20％～40％，所述负极涂层的厚度为40μm～90μm。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极，其特征在于，包括由碳材料、粘结剂
与导电剂组成的负极涂层；
所述碳材料包括：碳核，包覆于所述碳核表面的第一碳材料，包
覆于所述第一碳材料表面的第二碳材料；所述碳核为石墨或中间相炭
微球；所述第一碳材料为硬碳、石墨烯或碳纳米管，所述第二碳材料
为无定形碳或石墨；
所述负极涂层的孔隙率为20％～40％，所述负极涂层的厚度为
40μm～90μm。
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极，其特征在于，所述
碳核的含量为59wt％～99.8wt％，所述第一碳材料的含量为
0.1wt％～40wt％，所述第二碳材料为0.1wt％～10wt％。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极，其特征在于，所述
粘结剂的含量为所述碳材料、粘结剂与导电剂总量的0.5wt％～10wt％；
所述导电剂的含量为所述碳材料、粘结剂与导电剂总量的
0.5wt％～10wt％。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极，其特征在于，所述
负极涂层的孔隙率为25％～35％，所述负极涂层的厚度为50μm～75μm。
5.一种锂离子电池负极的制备方法，包括以下步骤：
将碳材料、导电剂与粘结剂混合，得到浆料；
将所述浆料在集流体上进行涂敷，得到锂离子电池负极；
所述碳材料包括：碳核，包覆于碳核表面的第一碳材料，包覆于
第一碳材料表面的第二碳材料；
所述碳核材料为石墨或中间相炭微球，所述第一碳材料为石墨
烯、碳纳米管或热解产生硬碳的碳材料前驱体，所述第二碳材料为石
墨或热解产生无定形碳的碳材料前驱体；
所述锂离子电池负极的孔隙率为20％～40％...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宪宏，程继红，胡金岷，
申请(专利权)人：青岛灵科新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37