一种负极活性物质、复合负极极片和快充型锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种负极活性物质、复合负极材料、复合负极极片以及包含该复合负极极片的快充型锂离子电池。该负极活性物质包含类球形人造石墨和未石墨化碳；类球形人造石墨为核壳结构，包括内核和壳层，内核为石墨一次颗粒和导电炭黑的混合物，壳层为石墨烯层，类球形人造石墨的配向性I(004)/I(110)的值为0.5～3.0。采用该负极活性物质和导电剂、粘结剂混合制备复合负极极片，该极片配向性I(004)/I(110)的值≤15。本发明专利技术的含有这种负极极片的快充型锂离子电池在具备大倍率充电能力的同时，具有较低的温升，提高了电池的安全性能和循环性能。

【技术实现步骤摘要】
一种负极活性物质、复合负极极片和快充型锂离子电池
本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种负极活性物质、复合负极极片以及包含该复合负极极片的快充型锂离子电池。
技术介绍
近年来，随着锂离子电池技术的发展，锂离子电池已广泛应用于汽车领域。与传统燃料汽车相比，电动汽车普遍存在充电速度慢的缺点。电动汽车正常充电时间需要7～8h，采用快速充电模式也在1h以上。因此，研究开发能够在6～10min内充满电的锂离子电池具有重要意义。为改善锂离子电池快充的性能，科研人员做了许多有益工作。如中国专利申请CN201010174170.3提供了一种可快充高安全高倍率电池及其制作方法，该锂离子电池具备6C快充的能力，但由于其使用常规负极活性物质，快速充电时产热剧增，在6C大倍率充电时，电芯温升高达15℃，电芯大倍率充电温升过高严重影响了电芯的安全性能与循环性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，克服以上
技术介绍
中提到的不足和缺陷，提供一种负极活性物质、复合负极极片和快充型锂离子电池。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种负极活性物质，所述负极活性物质包含类球形人造石墨和未石墨化碳；所述类球形人造石墨为核壳结构，包括内核和壳层，所述内核为石墨一次颗粒和导电炭黑的混合物，壳层为石墨烯层，所述类球形人造石墨的配向性I(004)/I(110)的值为0.5～3.0。本专利技术的负极活性物质，对类球形人造石墨进行特殊化设计，通过在石墨一次颗粒间填充导电炭黑，大幅提高负极材料在大倍率充电时的电子转移能力，同时在类球形人造石墨表面包覆石墨烯，一方面改善负极材料的导电能力，另一方面改善负极的导热能力，将热量及时散出，抑制温升。本专利技术的负极活性物质，通过选用类球形人造石墨和未石墨化碳进行合理搭配，进一步优化了电池的大倍率充电能力，保证了电池的安全性能以及循环性能。为了提高锂离子在石墨间的扩散能力，需将类球形人造石墨的配向性控制在本专利技术的范围内，否则锂离子的扩散能力将下降，导致电池的快充性能下降。上述的负极活性物质，优选的，为了改善负极材料的导电能力，提高容量，同时保证原料的分散均匀性，所述导电炭黑的质量为类球形人造石墨的质量的0.5～5％，所述石墨烯层的质量为类球形人造石墨的质量的0.5～3％。上述的负极活性物质，优选的，所述未石墨化碳的粒径D50为10～20um，比表面积≥6.0m2/g；所述类球形人造石墨的粒径D50为4～10um，比表面积≥2.0m2/g。更优选的，所述类球形人造石墨的比表面积为2.0～6.0m2/g。本专利技术的负极活性物质，合理搭配未石墨化碳和类球形人造石墨的粒径以及比表面积，并将其控制在本专利技术的范围内，有利于提高负极材料的振实密度和能量密度，保证负极材料的综合性能。上述的负极活性物质，优选的，为了改善电池的大倍率充电能力，所述未石墨化碳为硬碳和/或软碳，所述未石墨化碳与类球形人造石墨的质量比为(1～9)：(9～1)。上述的负极活性物质，优选的，为了得到综合性能最佳的负极活性物质，其制备方法包括以下步骤：(1)将针状焦和/或沥青焦加入反应釜中，加热进行搅拌，得到前驱体；(2)对步骤(1)后的前驱体进行球磨，然后进行石墨化，之后将石墨化物料和导电炭黑混合，再采用液相包覆法在混合物料的表面包覆石墨烯，得到所述负极活性物质。上述的负极活性物质，优选的，所述步骤(1)中，加热至300～600℃。上述的负极活性物质，优选的，所述步骤(2)中，采用球磨将前驱体的粒径磨至4～10um，所述石墨化温度为2800-3000℃。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种复合负极极片，以质量百分比计，所述复合负极极片包括2～5％导电剂、1～5％粘结剂和92～96％负极活性物质，所述负极活性物质采用上述的负极活性物质。上述的复合负极极片，优选的，所述复合负极极片的配向性I(004)/I(110)的值≤15。上述的复合负极极片，优选的，所述导电剂为导电炭黑、科琴黑、超导碳黑、碳纳米管、导电石墨中的至少一种；所述粘结剂为丁苯乳胶、丙烯腈多元共聚物、聚丙烯酸中的至少一种。上述的复合负极极片，优选的，所述复合负极极片的制备方法包括以下步骤：将导电剂、粘结剂和负极活性物质溶于溶剂中，抽真空搅拌，得到均匀无气泡的负极浆料，将负极浆料均匀涂覆于铜箔上，得到复合负极极片。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种快充型锂离子电池，所述快充型锂离子电池包括电解液、正极极片和如上述的复合负极极片。上述的快充型锂离子电池，所述正极极片包括正极活性物质，所述正极活性物质为磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂中的至少一种；所述电解液LiPF6、LiClO4、LiTFSI、LiFSI中的至少一种。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术通过选用特殊化设计的类球形人造石墨与未石墨化碳复合制备负极活性物质，大幅提高了锂离子在负极材料中的扩散能力，并且通过调节负极活性物质的OI值、粒径和比表面积等参数以及各组分间的添加比例，实现对负极极片的OI值的管控，从而使含有这种负极极片的快充型锂离子电池在具备大倍率充电能力的同时，具有较低的温升，提高了电池的安全性能和循环性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1的快充型锂离子电池在不同充电倍率下的充电曲线；图2是本专利技术实施例2的快充型锂离子电池在不同充电倍率下的温升曲线；图3是本专利技术实施例3的快充型锂离子电池在6C充电/5C放电下的循环曲线；图4是本专利技术对比例1的快充型锂离子电池在6C充电/5C放电下的循环曲线。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文专利技术做更全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。除非另有特别说明，本专利技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。实施例1：一种本专利技术的负极活性物质，该负极活性物质包含类球形人造石墨和软碳；类球形人造石墨为核壳结构，包括内核和壳层，内核为石墨一次颗粒和导电炭黑的混合物，壳层为石墨烯层，其中类球形人造石墨的配向性I(004)/I(110)＝2.3，粒径D50为6.5um，比表面积为2.1m2/g，导电炭黑的质量为类球形人造石墨的质量的1％，石墨烯层的质量为类球形人造石墨的质量的0.8％；软碳的粒径D50为13um，比表面积为6.8m2/g；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极活性物质，其特征在于，所述负极活性物质包含类球形人造石墨和未石墨化碳；所述类球形人造石墨为核壳结构，包括内核和壳层，所述内核为石墨一次颗粒和导电炭黑的混合物，壳层为石墨烯层，所述类球形人造石墨的配向性I(004)/I(110)的值为0.5～3.0。/n

【技术特征摘要】
1.一种负极活性物质，其特征在于，所述负极活性物质包含类球形人造石墨和未石墨化碳；所述类球形人造石墨为核壳结构，包括内核和壳层，所述内核为石墨一次颗粒和导电炭黑的混合物，壳层为石墨烯层，所述类球形人造石墨的配向性I(004)/I(110)的值为0.5～3.0。


2.根据权利要求1所述的负极活性物质，其特征在于，所述导电炭黑的质量为类球形人造石墨的质量的0.5～5％，所述石墨烯层的质量为类球形人造石墨的质量的0.5～3％。


3.根据权利要求1或2所述的负极活性物质，其特征在于，所述未石墨化碳的粒径D50为10～20um，比表面积≥6.0m2/g；所述类球形人造石墨的粒径D50为4～10um，比表面积≥2.0m2/g。


4.根据权利要求1或2所述的负极活性物质，其特征在于，所述未石墨化碳为硬碳和/或软碳，所述未石墨化碳与类球形人造石墨的质量比为(1～9)：(9～1)。


5.一种复合负极极片，其特征在于，以质量百分比计，所述复合负极极片包括2～5％导电剂、1～5％粘结剂和92～96％负极活性物质，所述负极活性物质采用权利要求1～4...

【专利技术属性】
技术研发人员：王仲明，杨金林，聂宏达，张松柏，李佛，周浩，
申请(专利权)人：湖南电将军新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43