[发明专利]负极材料、制备方法及包含该负极材料的电化学装置

说明书

本发明公开一种负极材料、该负极材料的制备方法及包含该负极材料的电化学装置。所述负极材料包括核和设置在所述核至少部分表面的壳层，所述核为至少部分孔隙中填充有碳质材料的天然石墨，所述壳为碳质材料；所述天然石墨孔隙中的碳质材料的层间距大于所述壳层碳质材料的层间距。本发明的核壳结构的负极材料，其中核中部分孔隙中填充有碳质材料的层间距大于壳层碳质材料的层间距，从而缓解天然石墨颗粒脱嵌锂造成的体积变化；同时外层高石墨化度带来的稳定结构，使石墨颗粒具有较高稳定性，延长负极材料的循环寿命。

技术领域

本发明属于化学电源领域，具体涉及石墨负极材料及其制备方法。

背景技术

在天然石墨负极材料在电池循环过程中，天然石墨内部的大量孔隙带来的丰富的活性表面，与电解液发生副反应，是造成电池循环失效的主要原因。因此在对天然石墨的改性策略中，对天然石墨的孔隙进行填充，防止循环过程中孔隙处对活性锂的消耗。通常采用填充剂填充、进行软碳包覆及石墨化方式提升天然石墨颗粒稳定性。但为了追求高能量密度采用高温石墨化工艺，对填充后的天然石墨进行石墨化处理会导致内部填充剂和外层包覆人造石墨石墨化度过高，导致颗粒内部在脱嵌锂过程中应力较为集中，石墨层容易被破坏；其次石墨颗粒内部较大的体积变化会导致外层包覆的人造石墨被破坏从而导致更多的端面暴露，消耗更多活性锂。

针对现有填充、软碳包覆与石墨化处理工艺，填充物与包覆碳层石墨化度一致，导致石墨颗粒脱嵌锂过程中内部应力集中给石墨层造成的破坏。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明提供一种负极材料、其制备方法及包含该负极材料的电化学装置。

本发明一方面提供一种负极材料，包括核和设置在所述核至少部分表面的壳层，所述核为至少部分孔隙中填充有碳质材料的天然石墨，所述壳为碳质材料；所述天然石墨孔隙中的碳质材料的层间距大于所述壳层碳质材料的层间距。

本发明另一方面提供一种上述负极材料的制备方法，包括：S1，将天然石墨与填充剂混合形成混合物；S2，将所述混合物进行密实化填充处理；及S3，将经密实化处理后的材料碳化后破碎，加入催化剂、包覆剂混合后进行高温处理。

本发明另一方面还提供一种包含上述负极材料的电化学装置。

本发明的核壳结构的负极材料，其中核中部分孔隙中填充有碳质材料的层间距大于壳层碳质材料的层间距，从而缓解天然石墨颗粒脱嵌锂造成的体积变化；同时外层高石墨化度带来的稳定结构，使石墨颗粒具有较高稳定性，延长负极材料的循环寿命。本发明通过在天然石墨进行填充剂填充后，加入催化剂，然后进行石墨化处理，使在相同石墨化温度的条件下，内部填充形成的人造石墨石墨化度小于外层包覆的人造石墨的石墨化度，颗粒内部低石墨化度带来的较大层间距。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。

本发明的负极材料，包括核和设置在核至少部分表面的壳层，核为至少部分孔隙中填充有碳质材料的天然石墨，壳为碳质材料；天然石墨孔隙中的碳质材料的层间距大于壳层碳质材料的层间距。本申请的负极材料中填充于天然石墨孔隙的碳质材料的石墨化度小于壳层的碳质材料的石墨化度，因此在作为负极活性材料时，内部低石墨化度的碳质材料具有较大层间距可以缓解锂离子的嵌入和脱嵌造成的体积变化，减少应力的集中；同时外层高石墨化度带来的稳定结构，使石墨颗粒具有较高稳定性，延长负极材料的循环寿命。

在可选的实施方式中，孔隙内碳质材料的层间距为0.360-0.368nm，壳层的层间距为0.353-0.364nm。