[发明专利]包覆剂、快充石墨及其制备方法和应用、电池有效

专利信息
申请号: 202011451821.9 申请日: 2020-12-10
公开(公告)号: CN112803001B 公开(公告)日: 2023-06-27
发明(设计)人: 潘福森;沈龙;曾繁俊;范拯华;王晓阳;陈兵帅;张秀云 申请(专利权)人: 宁波杉杉新材料科技有限公司
主分类号: H01M4/36 分类号: H01M4/36;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
代理公司: 上海弼兴律师事务所 31283 代理人: 王卫彬;邹玲
地址: 315177 浙江省*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 包覆剂 石墨 及其 制备 方法 应用 电池
【说明书】:

本发明公开了一种包覆剂、快充石墨及其制备方法和应用、电池。该包覆剂包括两亲性炭材料、pH调节剂和水;所述两亲性炭材料占所述包覆剂的质量百分比为20%~70%;所述包覆剂的pH值为12以上。采用该包覆剂对石墨进行包覆改性,可形成厚度均匀、致密性好的包覆层,所得的快充石墨结构稳定性和快充性能优异,可用于锂离子电池、固态电池等电池的负极材料,并且制备方法简单可行,成本低。

技术领域

本发明涉及一种包覆剂、快充石墨及其制备方法和应用、电池。

背景技术

锂离子电池具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长、无污染、安全性能好环保耐用等优异性能,使其在从便携式电子设备到电动汽车,从民用领域到国防、军事领域,从常规环境到低温、高温、快充领域都有着广泛的应用,并继续深化和扩展。锂离子电池技术也是近几年广为关注的研究热点之一,并对人民的生产生活方式产生深远的影响。

负极材料是制约锂离子电池的持续改进的关键技术之一,也是提高锂离性能的主要突破口之一。商用的锂离子电池负极材料主要是各类炭材料,如天然石墨,人造石墨,改性石墨,软硬炭等。合金材料和硅材料虽然有着巨大的应用前景,但是复杂的制备、生产工艺,居高不下的成本和较低安全、寿命特性使得其未来商业应用存在极大的不确定性。目前已商业化的炭材料中,经过表面改性的天然石墨和人造石墨占据着绝对份额。

石墨材料稳定的晶体结构特征和各向异性使得锂离子在石墨材料内的扩散不可能很快。在完善的石墨晶体中,锂离子的扩散只能从石墨的端面进入,并平行于石墨烯薄层。由于锂离子不能穿越石墨烯层面,因此,锂离子在石墨内部的扩散呈现出明显的各项异性。石墨的典型层间距d002间距为 0.336~0.338nm,比较接近与锂原子的直径,因此锂原子在石墨层间扩散时需要克服较大的势垒,宏观表现为锂在石墨中的扩散速率较小,在电化学方面表现为快速充放电性能较差。

研究发现,解决石墨负极材料在锂离子电池体系中快速充电和低温性能的主要方法是对石墨颗粒进行表面改性。在石墨表面包覆硬炭结构是提高石墨快充性能和低温性能的最有效方法。具体地,日本专利JP11246209将石墨和硬炭颗粒在10~300℃温度下在沥青或焦油中先行浸渍,然后进行溶剂排出和碳化热处理,这种方法难以在石墨和硬炭表面形成具有均匀较厚的炭层结构,对于天然石墨结构稳定性的提高将受到限制。中国专利CN106848468B提供了一种利用回收的清洗液制备硬炭包覆石墨的方法及设备,该方法虽然能提供低成本硬炭包覆石墨材料,但是包覆剂的来源、成分难以持续稳定,因此规模化生产意义不大。

发明内容

本发明为了解决现有技术中快充石墨稳定性和快充性能较差,制备方法可实施性和成本无法兼顾等缺陷,从而提供了一种包覆剂、快充石墨及其制备方法和应用、电池。采用本发明的包覆剂对石墨进行包覆改性,可形成厚度均匀、致密性好的包覆层,所得的快充石墨结构稳定性和快充性能优异,可用于锂离子电池、固态电池等电池的负极材料,并且制备方法简单可行,成本低。

为了解决上述问题,本发明采用以下技术方案:

本发明提供了一种包覆剂,其包括两亲性炭材料、pH调节剂和水;所述两亲性炭材料占所述包覆剂的质量百分比为20%~70%;所述包覆剂的pH值为12以上。

本发明中,所述两亲性炭材料占所述包覆剂的质量百分比较佳地为 20%~40%,例如30%。

本发明中,所述两亲性炭材料是指本领域常规的可溶解于碱性水溶液又可以溶解于有机溶剂的炭材料。当碱性水溶液的pH值低于12时,两亲性炭材料的溶解度很低,不便于使用。

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