[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％，呈粉末状，且在30000N的作用力下保持20s、卸压10s后的反弹率大于等于20％且小于等于60％。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的作用力下保持20s、卸压10s后的反弹率大于等于20％且小于等于60％。

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；而石墨本身的质地较软，受冷压后容易发生形变，从而导致活性材料之间的孔隙变小，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，石墨化碳材料的石墨化度和回弹性等参数经过优化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的作用力下保持20s、卸压10s后的反弹率大于等于20％且小于等于60％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。进一步研究证实，石墨化度低于93％时，材料的比容量达不到要求；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；反弹率低于20％时，电极材料在冷压后的孔隙基本被堵塞，电解液浸润性差，循环性能和倍率性能都较差；反弹率高于60％时，电极材料冷压后经过静置或烘烤处理，实际压实密度会远低于冷压压实密度，极片的能量密度较低。此外，实际压实密度较低的极片电接触较差，循环过程中导电网络易被破坏而导致容量衰减。

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％。

与现有技术相比，本发明提供的电极材料，通过将石墨化度和反弹率控制在一定范围内，能够有效维持材料在循环过程中的稳定性和孔道结构，使得电极活性物质之间的接触界面保持完整，提升材料循环性能。将此材料用在二次电池中，可以使电池在具有高容量的前提下，同时兼顾循环稳定性。基于现有理论和经验，这些性能的改善是无法通过石墨化度、反弹率等参数简单推算或预测的，而是须经过大量艰苦实验才能发现的。

在本发明中，“石墨化碳材料”具有本领域技术人员所通常理解的含义，即适合作为电池电极材料的内部主要呈石墨片状结构的碳材料。石墨化碳材料可以是人造石墨，天然石墨，中间相碳微球软碳，硬碳以及以上材料的混合物或其中任意两种或多种的混合物。人造石墨通常是以沥青焦、石油焦、冶金焦、煤焦等为原料经高温石墨化处理而获得的材料。

在本发明的优选实施方式中，所述石墨化碳材料是人造石墨、或人造石墨与天然石墨的混合物。在本发明的进一步优选实施方式中，所述人造石墨是石油系锻后针状焦或煤系锻后针状焦经高温石墨化处理而获得的人造石墨。