一种负极材料及其制备方法与应用与流程

本发明涉及电池，具体而言，涉及一种负极材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、在快充过程中，较大的电流冲击会加剧电池的焦耳热效应(q＝i2rt)，并加剧电池内的副反应、产气等一系列问题，影响电池的正常使用。因此，电池想要实现超级快充，对于其正/负极材料的功率密度相关的性能要求也就更高。针对此类问题，传统的材料和电芯设计工艺有：一、提高电极材料的导电性(通过碳包覆、提高碳化温度、延长碳化时间等方法提高材料的导电性)；二、提高电极的导电剂占比(使用石墨烯、碳纳米管导电材料或者石墨烯与碳纳米管复配的导电材料)；三、降低电极厚度(减小材料的粒径提高材料压实密度)，但这些方式不能兼顾功率密度与能量密度。

2、这主要是因为锂离子电池(libs)在3c快充的时候，大而快的电流会激发正/负极材料的极化效应，从而使电极材料的真实脱/嵌锂能力难以发挥。

3、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种负极材料及其制备方法与应用，以解决或改善上述技术问题。

2、本发明可这样实现：

3、第一方面，本发明提供一种负极材料，其包括多层石墨以及包覆于多层石墨的表面的硬碳层；

4、该负极材料呈纳米片结构；

5、硬碳层在负极材料中的质量为1wt％～25wt％。

6、第二方面，本发明提供一种如前述实施方式的负极材料的制备方法，其包括以下步骤：在非活性气氛下，将硬碳前驱体与多层石墨材料的混合物进行分级烧结。

7、在可选的实施方式中，多层石墨材料包括石墨烯、剥离石墨和天然鳞片石墨中的至少一种。

8、在可选的实施方式中，石墨烯具有的片层数为多层。

9、在可选的实施方式中，硬碳前驱体为高分子衍生硬碳。

10、在可选的实施方式中，高分子衍生硬碳包括树脂和糖类中的至少一种。

11、在可选的实施方式中，糖类包括单糖和多糖中的至少一种。

12、在可选的实施方式中，糖类包括葡萄糖、麦芽糖、蔗糖和果糖中的至少一种。

13、在可选的实施方式中，树脂包括环氧树脂、氨基树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、丙烯酸树脂、醇酸树脂和聚酯树脂中的至少一种。

14、在可选的实施方式中，当高分子衍生硬碳为糖类时，多层石墨材料与糖类的质量比为1:0.1至1:11。

15、当高分子衍生硬碳为树脂时，多层石墨材料与树脂的质量比为1:0.05至1:2。

16、在可选的实施方式中，非活性气氛为惰性气体气氛或空气气氛。

17、在可选的实施方式中，混合物的制备包括：将硬碳前驱体与多层石墨材料在分散介质中加热。

18、在可选的实施方式中，分散介质为水和/或乙醇。

19、在可选的实施方式中，加热温度为140℃～220℃，加热时间为12h～20h。

20、在可选的实施方式中，分级烧结包括：先于200℃～800℃的条件下第一次烧结1h～8h，再于800℃～1500℃的条件下第二次烧结1h～4h，其中，第二次烧结的温度高于第一次烧结的温度。

21、在可选的实施方式中，以1℃/min～15℃/min的升温速率升温至第一次烧结的温度。

22、在可选的实施方式中，以5℃/min～20℃/min的升温速率升温至第二次烧结的温度。

23、第三方面，本发明提供一种电池，其制备原料包括前述实施方式的负极材料。

24、本发明的有益效果包括：

25、本发明提供的该负极材料具有的纳米片结构，有利于增大电极材料与电解质的接触面积，缩短li+的传输路径，提高li+的传输速率；多层石墨作为储锂的主体被硬碳层包裹，该硬碳层具有较大的层间距充当li+运输的高速通道，有利于将li+快速准确地运输到多层石墨的存储位置。该负极材料具有良好的功率和能量密度，将其用于制备电池，可使电池也具有较佳的电化学性能。

技术特征：

1.一种负极材料，其特征在于，所述负极材料包括多层石墨以及包覆于所述多层石墨的表面的硬碳层；

2.一种如权利要求1所述的负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在非活性气氛下，将硬碳前驱体与多层石墨材料的混合物进行分级烧结。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述多层石墨材料包括石墨烯、剥离石墨和天然鳞片石墨中的至少一种。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硬碳前驱体为高分子衍生硬碳。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述高分子衍生硬碳包括树脂和糖类中的至少一种；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，当所述高分子衍生硬碳为糖类时，所述多层石墨材料与所述糖类的质量比为1:0.1至1:11；

7.根据权利要求2～6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述混合物的制备包括：将所述硬碳前驱体与所述多层石墨材料在分散介质中加热。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，加热温度为140℃～220℃，加热时间为12h～20h。

9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，分级烧结包括：先于200℃～800℃的条件下第一次烧结1h～8h，再于800℃～1500℃的条件下第二次烧结1h～4h，其中，第二次烧结的温度高于第一次烧结的温度。

10.一种电池，其特征在于，所述电池的制备原料包括权利要求1所述的负极材料。

技术总结本发明公开了一种负极材料及其制备方法与应用，属于电池技术领域。该负极材料包括多层石墨以及包覆于多层石墨表面的硬碳层；该负极材料呈纳米片结构，硬碳层在负极材料中的质量为1wt％～25wt％。该负极材料具有的纳米片结构，有利于增大电极材料与电解质的接触面积，缩短Li<supgt;+</supgt;的传输路径，提高Li<supgt;+</supgt;的传输速率；多层石墨作为储锂的主体被硬碳层包裹，该硬碳层具有较大的层间距充当Li<supgt;+</supgt;运输的高速通道，有利于将Li<supgt;+</supgt;快速准确地运输到多层石墨的存储位置。该负极材料具有良好的功率和能量密度，将其用于制备电池，可使电池也具有较佳的电化学性能。技术研发人员：程博士,胡耀祖,李斌斌,何海勇受保护的技术使用者：江苏碳什科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9