负极材料及其制备方法、锂离子电池与流程

【】本技术涉及负极材料，尤其涉及一种负极材料及其制备方法、锂离子电池。

背景技术

0、
背景技术：

1、锂离子电池兼具高电压、高比能量、无记忆效应、自放电率小、安全性能好、污染小和寿命长等优点，在通信、交通、电网等领域已经得到广泛的应用。随着新能源领域的发展，电动汽车、智能数码等对锂离子电池的容量需求不断提升，因此需要更高能量密度的锂离子电池。而锂离子电池能量密度的提升主要依赖于负极材料的压实密度等性能的提升，石墨材料因其具有稳定性高、导电性好、来源广等优点，是市场上主流的锂离子电池的负极材料。

2、现有技术中，为了提升石墨材料的能量密度，常通过在石墨材料中进行元素掺杂并配合高温处理的方式来提升其性能，进而一定程度上提高负极材料的可逆储锂容量和压实密度，从而提升锂离子电池的能量密度，但上述方式过程复杂且元素掺杂成本高，且负极材料的压实密度与锂离子电池的能量密度提升不显著。

技术实现思路

0、
技术实现要素：

1、本技术提供一种负极材料及其制备方法、锂离子电池，可以有效的提高负极材料的压实密度，进而提高锂离子电池的体积能量密度。

2、第一方面，本技术提供一种负极材料，

3、所述负极材料包括石墨材料及位于石墨材料至少部分表面的改性物质；所述改性物质包括非金属无机化合物；

4、其中，通过傅里叶变换红外光谱测试所述负极材料，所述负极材料具有si-o、b-o和p-o中的至少一种化学键。

5、在一些实施方式中，所述石墨材料具有孔，至少部分的所述改性物质位于所述石墨材料表面的孔内。

6、在一些实施方式中，所述石墨材料包括人造石墨和天然石墨中的至少一种。

7、在一些实施方式中，所述负极材料具有第一特征峰、第二特征峰和第三特征峰中的至少一种，所述第一特征峰在傅里叶变换红外光谱的波数1000cm-1～1200cm-1范围内，所述第二特征峰在傅里叶变换红外光谱的波数400cm-1～1200cm-1范围内，所述第三特征峰在傅里叶变换红外光谱的波数1060cm-1～1150cm-1范围内。

8、在一些实施方式中，所述改性物质包括含所述si-o化学键的硅氧化物、含所述b-o化学键的硼氧化物和含所述p-o化学键的磷氧化物中的至少一种。

9、在一些实施方式中，所述改性物质包括含所述si-o化学键的硅氧化物、含所述b-o化学键的硼氧化物和含所述p-o化学键的磷氧化物中的至少一种；其中，含所述si-o化学键的所述硅氧化物包括sio2。

10、在一些实施方式中，所述改性物质包括含所述si-o化学键的硅氧化物、含所述b-o化学键的硼氧化物和含所述p-o化学键的磷氧化物中的至少一种；其中，含所述b-o化学键的硼氧化物所述包括b2o3。

11、在一些实施方式中，所述改性物质包括含所述si-o化学键的硅氧化物、含所述b-o化学键的硼氧化物和含所述p-o化学键的磷氧化物中的至少一种；其中，含所述p-o化学键的所述磷氧化物包括p2o5。

12、在一些实施方式中，所述改性物质由改性剂经过热处理得到，所述改性剂包括包含酸根离子的非金属无机化合物，所述酸根离子包括sio32-、bo3-、b2o42-、po43-、hpo42-和h2po4-中的至少一种。

13、在一些实施方式中，所述改性物质由改性剂热处理得到，所述改性剂与所述石墨材料的质量比为(0.1～5):100。

14、在一些实施方式中，所述改性物质在所述石墨材料表面的包覆厚度为1nm～50nm。

15、在一些实施方式中，所述负极材料的中值粒径d50为8.0μm～20.0μm。

16、在一些实施方式中，所述负极材料的比表面积≤2.0m2/g。

17、在一些实施方式中，所述负极材料的振实密度为0.8g/cm3～1.2g/cm3。

18、在一些实施方式中，在5t的压力条件下，所述负极材料的压实密度为1.9g/cm3～2.3g/cm3。

19、在一些实施方式中，所述负极材料的真密度为2.20g/cm3～2.28g/cm3。

20、在一些实施方式中，所述负极材料在拉曼光谱中表现出碳特征峰d和碳特征峰g，所述碳特征峰d的强度id与碳特征峰g的强度ig的比值id/ig≤1.0。

21、在一些实施方式中，所述负极材料中的碳元素的质量含量≥99.95％。

22、在一些实施方式中，所述负极材料的颗粒强度≥92％。

23、第二方面，本技术提供一种负极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤:

24、制备混合物，所述混合物包括石墨材料与改性剂，所述改性剂包括非金属无机化合物；

25、将所述混合物进行碳化处理，得到负极材料。

26、在一些实施方式中，所述制备混合物的步骤包括：将所述石墨材料、所述改性剂及溶剂混合形成混合浆料，去除所述溶剂得到混合物。

27、在一些实施方式中，所述制备混合物的步骤包括：将所述石墨材料、所述改性剂及溶剂混合形成混合浆料，去除所述溶剂得到混合物；其中，所述石墨材料、所述改性剂和所述溶剂的质量比为100:(0.1～5):120。

28、在一些实施方式中，所述制备混合物的步骤包括：将所述石墨材料、所述改性剂及溶剂混合形成混合浆料，去除所述溶剂得到混合物；其中，所述混合浆料时的混合时间为0.2h～2h。

29、在一些实施方式中，所述制备混合物的步骤包括：将所述石墨材料、改性剂及溶剂混合形成混合浆料，采用雾化干燥去除溶剂得到混合物。

30、在一些实施方式中，所述制备混合物的步骤包括：将所述石墨材料、所述改性剂及溶剂混合形成混合浆料，采用雾化干燥去除所述溶剂得到混合物；其中，所述雾化干燥过程的出风温度为90℃～110℃。

31、在一些实施方式中，所述制备混合物的步骤包括：将所述石墨材料、所述改性剂进行固相混合，得到混合物。

32、在一些实施方式中，所述制备混合物的步骤包括：将所述石墨材料、所述改性剂进行固相混合，得到混合物；其中，所述固相混合的方式包括机械融合、vc混合、机械搅拌中的至少一种。

33、在一些实施方式中，所述制备混合物的步骤包括：将所述石墨材料、所述改性剂混合得到混合物；其中，所述固相混合的时间为2h～10h。

34、在一些实施方式中，所述石墨材料包括人造石墨和天然石墨中的至少一种。

35、在一些实施方式中，所述改性剂包括硅氧化物、硼氧化物和磷氧化物中的至少一种。

36、在一些实施方式中，所述改性剂包括硅氧化物、硼氧化物和磷氧化物中的至少一种，所述硅氧化物为sio2。

37、在一些实施方式中，所述改性剂包括硅氧化物、硼氧化物和磷氧化物中的至少一种，所述硼氧化物为b2o3。

38、在一些实施方式中，所述改性剂包括硅氧化物、硼氧化物和磷氧化物中的至少一种，所述磷氧化物为p2o5。

39、在一些实施方式中，所述改性剂包括包含酸根离子的非金属无机化合物，所述酸根离子包括sio32-、bo3-、b2o42-、po43-、hpo42-和h2po4-中的至少一种。

40、在一些实施方式中，所述碳化处理的温度为800℃～1500℃。

41、在一些实施方式中，所述碳化处理的时间为8h～15h。

42、在一些实施方式中，所述碳化处理是在保护气氛下进行的。

43、在一些实施方式中，所述碳化处理是在保护气氛下进行的，所述保护气氛为氮气、氦气、氖气、氩气、氪气和氙气中的至少一种。

44、第三方面，本技术提供一种锂离子电池，所述锂离子电池包括根据第一方面任一项所述负极材料或根据第二方面任一项制备方法制得的负极材料。

45、采用上述方案，有益效果为:

46、本技术提供的负极材料，石墨材料的至少部分表面具有改性物质，改性物质使得负极材料具有si-o、b-o和p-o中的至少一种化学键，即改性物质为具有上述化学键的非金属无机化合物，改性物质可以有效提高负极材料的颗粒表面光滑度，高的光滑度可以减小冷压过程中负极材料颗粒之间的滑移阻力，目前的冷压处理中，负极材料颗粒之间的滑移阻力大，负极材料颗粒的移动受阻，相邻负极材料颗粒之间的空隙体积不能进一步缩小，导致冷压后相同厚度的负极极片负载的负极材料颗粒少，难以达到所需压实密度，负极极片的体积能量密度低；本技术通过在石墨材料表面设置改性物质，可以提高负极材料颗粒的表面光滑度，减小极片冷压过程负极材料颗粒的移动阻力，使得相同厚度的负极极片可以涂布更多的负极材料颗粒，进而提高冷压处理后负极材料的压实密度；这些改性物质还可以提高负极材料颗粒的颗粒强度，减少冷压过程中的负极材料的颗粒破碎。本技术提供的负极材料，使得相同体积的锂离子电池的负极极片可以负载数量更多的负极材料颗粒，提高负极极片的体积能量密度。

47、本技术提供的负极材料的制备方法，通过制备石墨材料与改性剂的混合物，在混合过程中，改性剂附着在石墨材料的表面，然后通过碳化处理，使得部分改性剂渗透进入石墨材料表面的孔内，并在高温作用下形成硅氧化物、硼氧化物或磷氧化物，使得负极材料的表面实现掺杂改性，这些改性物质可以有效提高负极材料的颗粒表面光滑度，高的光滑度可以减小冷压过程中负极材料颗粒之间的滑移阻力，使得相同厚度的负极极片可以涂布更多的负极材料颗粒，进而提高冷压处理后负极材料的压实密度；这些改性物质还可以提高负极材料颗粒的颗粒强度，减少冷压过程中的负极材料的颗粒破碎。本技术提供的负极材料，使得相同体积的锂离子电池的负极极片可以负载数量更多的负极材料颗粒，提高负极极片的体积能量密度。