负极材料及其制备方法、电池与流程

本技术涉及负极材料，尤其涉及负极材料及其制备方法、电池。

背景技术：

1、锂离子电池具有能量密度高、自放电小、安全性能好、循环寿命长、工作电压高等优点，在消费电子、电动汽车、储能材料等领域有着广泛应用。

2、负极材料是锂离子电池的重要组成部分，其性能影响锂离子电池的安全性、比容量、倍率性能、循环寿命、高低温性能等关键指标，是锂离子电池的关键材料之一。石墨负极材料具有能量密度较高、循环性能较好、制备技术成熟、制造成本较低等特点，是锂离子电池主流的商业化负极材料。石墨负极材料制备过程中，经常需要用到造粒工艺，现有石墨材料造粒工艺通常是将物料与固体粘结剂进行简单的混合，而后进入固定床或者移动床设备中，物料需要按照一定的升温制度进行升温、降温，不仅造粒时间长，而且粘结剂不能将物料均匀的包覆，也不能将物料有力的粘结在一起，导致部分石墨物料裸露在外，直接接触电解液，石墨材料负极材料和电解液之间发生不可逆副反应消耗大量电解液，同时使固态电解质界面膜(sei膜)反复破裂和生成，从而导致石墨负极材料的容量迅速衰减，倍率性能和循环性能也不佳。

3、因此，如何在保证石墨负极材料容量发挥的同时兼顾良好的倍率性能和循环性能，是目前仍需解决的问题。

技术实现思路

1、本技术提供一种负极材料及其制备方法、电池，负极材料中碳材料对活性物质的包覆均匀性较好，既可以保证负极材料的容量发挥，又可以使负极材料兼顾良好的倍率性能和循环性能。

2、第一方面，本技术提供一种负极材料，所述负极材料包括活性物质及位于所述活性物质至少部分表面的碳材料，所述活性物质包括石墨；在所述负极材料表面随机选取30个点通过拉曼光谱测定，测得位于1345cm-1～1355cm-1范围内的第一特征峰与位于1570cm-1～1610cm-1范围内的第二特征峰的峰面积比值为ad/ag，0.9≤ad/ag≤1.5；且30个测试点的峰面积比值ad/ag的平均偏差为a，0.08≤a≤0.2。

3、在一些实施方式中，所述负极材料的克容量为x1 mah/g，压实密度为x2 g/cm3，2c倍率放电时的嵌锂百分数为x3％，0.1c循环300周容量保持率为x4％；所述负极材料的锂离子传输能力为b，b＝0.1x1+10x2+x3+0.3x4，115≤b≤135。

4、在一些实施方式中，所述负极材料的克容量为x1 mah/g，x1≥345。

5、在一些实施方式中，所述负极材料的压实密度为x2 g/cm3，1.9≤x2≤2.1。

6、在一些实施方式中，所述负极材料的2c倍率放电时的嵌锂百分数为x3％，x3≥30。

7、在一些实施方式中，所述负极材料的0.1c循环300周容量保持率为x4％，96≤x4≤99。

8、在一些实施方式中，所述石墨包括天然石墨、人造石墨和中间相碳微球中的至少一种。

9、在一些实施方式中，所述碳材料包括软碳、硬碳和石墨化碳中的至少一种。

10、在一些实施方式中，所述活性物质表面的碳材料形成碳层，所述碳层的厚度为15nm～90nm。

11、在一些实施方式中，所述负极材料的粒径分布宽度满足以下关系：0.9≤(d90-d10)/d50≤1.3。

12、在一些实施方式中，所述负极材料的粒径d50为4μm～22μm。

13、在一些实施方式中，所述负极材料的粒径d10为1μm～12μm。

14、在一些实施方式中，所述负极材料的粒径d90为9μm～35μm。

15、在一些实施方式中，所述负极材料的比表面积为0.8g/cm3～1.15g/cm3；和/或所述负极材料的振实密度为0.8g/cm3～1.15g/cm3。

16、第二方面，本技术提供一种负极材料的制备方法，包括以下步骤：

17、在惰性载气下形成含石墨的气态旋涡流，其中，所述惰性载气的温度为150℃～300℃；

18、将液态粘结剂喷雾至所述气态旋涡流内，并在所述气态旋涡流作用下进行混合，得到复合颗粒；

19、将所述复合颗粒进行高温处理，得到负极材料。

20、在一些实施方式中，所述惰性载气包括氮气、氦气和氩气中的至少一种。

21、在一些实施方式中，所述惰性载气的纯度≥99.9％。

22、在一些实施方式中，所述惰性载气的流量为5m3/h～50m3/h。

23、在一些实施方式中，所述石墨包括人造石墨、天然石墨和中间相碳微球中的至少一种。

24、在一些实施方式中，所述石墨的粒径d50为3μm～20μm。

25、在一些实施方式中，所述石墨中碳的质量含量≥99.95％。

26、在一些实施方式中，所述石墨的克容量≥350mah/g。

27、在一些实施方式中，所述石墨的压实密度≥1.90g/cm3。

28、在一些实施方式中，所述石墨和所述液态粘结剂的重量比为100:(10～60)。

29、在一些实施方式中，所述液态粘结剂包括溶剂、溶质和表面活性剂。

30、在一些实施方式中，所述液态粘结剂包括溶剂、溶质和表面活性剂，其中，所述溶剂、所述溶质和所述表面活性剂的质量比为100：(20～50)：(1～5)。

31、在一些实施方式中，所述液态粘结剂包括溶质，所述溶质包括沥青和树脂中的至少一种。

32、在一些实施方式中，所述液态粘结剂包括表面活性剂，所述表面活性剂包括十六烷基二甲苯胺、烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲苯氯化铵、聚氧乙烯烷基醇醚和聚氧乙烯烷基苯酚醚中的至少一种。

33、在一些实施方式中，所述混合的时间为1h～3h。

34、在一些实施方式中，所述高温处理碳化处理和石墨化处理中的至少一种。

35、在一些实施方式中，所述高温处理的温度为1000℃～2200℃。

36、在一些实施方式中，所述高温处理的时间为3h～8h。

37、在一些实施方式中，所述方法还包括：将高温处理产物进行筛分、除磁。

38、在一些实施方式中，所述方法还包括：将高温处理产物进行筛分、除磁，所述筛分的目数为200目～400目，且所述筛分收率为80％～96％。

39、第三方面，本技术提供了一种电池，所述电池包括第一方面所述的负极材料或第二方面所述的负极材料的制备方法制备得到的负极材料。

40、本技术的技术方案至少具有以下有益效果：

41、本技术提供的负极材料，包括活性物质及位于活性物质至少部分表面的碳材料，活性物质包括石墨；在所述负极材料表面随机选取30个点通过拉曼光谱测定，测得位于1345cm-1～1355cm-1范围内的第一特征峰与位于1570cm-1～1610cm-1范围内的第二特征峰的峰面积比值为ad/ag，0.9≤ad/ag≤1.5；且30个测试点的峰面积比值ad/ag的平均偏差为a，0.08≤a≤0.2。通过拉曼光谱可以体现负极材料中碳材料对活性物质的包覆情况，本技术中，负极材料的拉曼ad/ag值、以及30个测试点的峰面积比值ad/ag的平均偏差在上述范围内，负极材料中碳材料对活性物质的包覆均匀性好，碳材料能够在负极材料表面形成薄且均匀的包覆层，可以减少活性物质和电解液的直接接触，减少活性物质和电解液之间副反应的发生，可以优化负极材料内部的离子和电子传输路径，降低内阻，提高负极材料中离子和电子传输效率，还有利于稳定固态电解质界面(sei膜)的形成，减少负极材料在循环过程中由于不稳定sei膜反复形成而发生的副反应，从而可以在保证负极材料容量发挥的同时，使得负极材料兼顾良好的倍率性能和循环性能。

42、本技术提供的负极材料制备方法，首先通过在惰性载气下形成含石墨的气态旋涡流，然后将液态粘结剂喷雾至气态旋涡流内，液态粘结剂在惰性载气的作用下可以均匀的包覆在气态旋涡流内的石墨颗粒表面，在石墨颗粒表面形成粘性包覆层，这些表面具有粘性包覆层的石墨颗粒在气态旋涡流的作用下呈螺旋式前进状态，并在这个过程中进行不断互相碰撞、混合，从而能够有力的粘结在一起形成复合颗粒；最后将石墨颗粒进行高温处理，石墨颗粒表面的粘性包覆层经过高温处理后形成碳材料，得到负极材料。上述制备方法制备得到的负极材料，负极材料中石墨颗粒结合紧密，有利于提高负极材料的结构稳定性，碳材料均匀包覆在石墨表面，且负极材料整体的均匀性好，可以在保证负极材料容量发挥的同时，使得负极材料兼顾良好的倍率性能和循环性能。