[发明专利]一种电极材料及二次电池

说明书

本发明公开了一种电极材料及二次电池。所述电极材料为石墨化碳材料，其石墨化度为93％‑97％，且在30000N作用力下测量的压实密度为1.40g/cm³‑1.85g/cm³。使用该电极材料的锂离子二次电池可以兼具高容量和好的循环稳定性。

技术领域

本发明属于电池技术领域，更具体地说，本发明涉及一种电极材料及使用该材料的二次电池。

背景技术

随着电动汽车的日益普及，对电池的要求也越来越严格。电动汽车对续航里程的要求越来越高，导致对电芯能量密度的需求也相应提高。因此需要为动力电池电芯提供具有更高比容量的电极材料。对于目前综合性能最好，应用最广泛的锂离子电池负极材料石墨而言，提升其晶格有序度(石墨化度)可以有效的提高其比容量。然而，高石墨化度的石墨通常会影响电池的循环性能和倍率性能。

因此，如何保证锂离子二次电池在具有高比容量的前提下，同时兼顾循环性能和倍率性能是一个难以解决的问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种兼具高比容量、长循环寿命和优秀倍率性能的电极材料及使用该材料的二次电池。

为了达到上述目的，本申请提供了一种电极材料，其为石墨化碳材料(通常是粉体材料)，同时满足石墨化度为93％-97％，在30000N作用力下的压实密度为1.40g/cm³-1.85g/cm³。

发明人发现，高石墨化度的石墨对于电池的循环性能和倍率性能的不利影响原因在于：在锂离子电池的生产过程中，为提高极片的能量密度，改善极片的活性物质接触，通常需要对极片进行冷压处理；而高石墨化度的石墨质地较软，受冷压后容易发生形变，导致活性材料之间的孔隙被堵塞，尤其是极片表面，影响电解液对极片的浸润，进而影响电池的循环性能和倍率性能。

发明人进一步发现，将石墨化碳材料的石墨化度和压实密度控制在一定范围内可以出人意料地改善电池性能，尤其是能量密度和循环稳定性。具体地，发明人发现当石墨化碳材料同时满足石墨化度为93％-97％，在30000N作用力下的压实密度为1.40g/cm³-1.85g/cm³时，使用该材料的电池出人意料地兼具高比容量、长循环寿命和优秀倍率性能。发明人研究后认为：石墨化度反映了材料的晶体结构，压实密度反映了材料的极片结构，同时满足石墨化度和压实密度要求的材料兼具适宜的晶体结构和较好的极片结构，故将上述材料应用到电池中，电池的电化学性能优异(但是本发明不受以上理论解释所限制)。

发明人进一步发现，将上述电极材料的平均粒径比表面积控制在0.5-3.0m²/g时，可进一步改善电池性能。

进一步研究证实，石墨化度低于93％时，材料的比容量较低；石墨化度高于97％时，循环过程中易发生剥离现象，导致容量衰减，且其质地过软，在相同的试验条件下，压实密度往往过高；压实密度(30000N)小于1.40g/cm³时，材料在冷压时会导致材料的颗粒结构易被破坏，影响循环性能，且材料的实际使用压密过低，导致能量密度较低；压实密度(30000N)大于1.85g/cm³时，材料的抗压性差，对压力非常敏感，在冷压时表面受力较大而导致孔道受到破坏，影响电解液的浸润，从而影响电池的长期循环性能。

发明人进一步发现，本发明的电极材料的石墨化度优选范围为93-95％，在30000N作用力下的压实密度优选范围为1.50g/cm³-1.70g/cm³。进一步研究证实，比表面积小于0.5m²/g时，材料的反应面积过小，电化学反应速率慢，导致电池的倍率性能较差，高倍率下容量保持率较低。比表面积大于3.0m²/g时，材料的反应面积过大，副反应速率快，导致电池在循环过程中容量衰减快，循环性能较差。