本發(fā)明涉及電池，具體而言，涉及一種負極材料及其制備方法與應用。

背景技術：

1、在快充過程中，較大的電流沖擊會加劇電池的焦耳熱效應(q＝i2rt)，并加劇電池內的副反應、產氣等一系列問題，影響電池的正常使用。因此，電池想要實現(xiàn)超級快充，對于其正/負極材料的功率密度相關的性能要求也就更高。針對此類問題，傳統(tǒng)的材料和電芯設計工藝有：一、提高電極材料的導電性(通過碳包覆、提高碳化溫度、延長碳化時間等方法提高材料的導電性)；二、提高電極的導電劑占比(使用石墨烯、碳納米管導電材料或者石墨烯與碳納米管復配的導電材料)；三、降低電極厚度(減小材料的粒徑提高材料壓實密度)，但這些方式不能兼顧功率密度與能量密度。

2、這主要是因為鋰離子電池(libs)在3c快充的時候，大而快的電流會激發(fā)正/負極材料的極化效應，從而使電極材料的真實脫/嵌鋰能力難以發(fā)揮。

3、鑒于此，特提出本發(fā)明。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種負極材料及其制備方法與應用，以解決或改善上述技術問題。

2、本發(fā)明可這樣實現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種負極材料，其包括多層石墨以及包覆于多層石墨的表面的硬碳層；

4、該負極材料呈納米片結構；

5、硬碳層在負極材料中的質量為1wt％～25wt％。

6、第二方面，本發(fā)明提供一種如前述實施方式的負極材料的制備方法，其包括以下步驟：在非活性氣氛下，將硬碳前驅體與多層石墨材料的混合物進行分級燒結。

7、在可選的實施方式中，多層石墨材料包括石墨烯、剝離石墨和天然鱗片石墨中的至少一種。

8、在可選的實施方式中，石墨烯具有的片層數(shù)為多層。

9、在可選的實施方式中，硬碳前驅體為高分子衍生硬碳。

10、在可選的實施方式中，高分子衍生硬碳包括樹脂和糖類中的至少一種。

11、在可選的實施方式中，糖類包括單糖和多糖中的至少一種。

12、在可選的實施方式中，糖類包括葡萄糖、麥芽糖、蔗糖和果糖中的至少一種。

13、在可選的實施方式中，樹脂包括環(huán)氧樹脂、氨基樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯樹脂、丙烯酸樹脂、醇酸樹脂和聚酯樹脂中的至少一種。

14、在可選的實施方式中，當高分子衍生硬碳為糖類時，多層石墨材料與糖類的質量比為1:0.1至1:11。

15、當高分子衍生硬碳為樹脂時，多層石墨材料與樹脂的質量比為1:0.05至1:2。

16、在可選的實施方式中，非活性氣氛為惰性氣體氣氛或空氣氣氛。

17、在可選的實施方式中，混合物的制備包括：將硬碳前驅體與多層石墨材料在分散介質中加熱。

18、在可選的實施方式中，分散介質為水和/或乙醇。

19、在可選的實施方式中，加熱溫度為140℃～220℃，加熱時間為12h～20h。

20、在可選的實施方式中，分級燒結包括：先于200℃～800℃的條件下第一次燒結1h～8h，再于800℃～1500℃的條件下第二次燒結1h～4h，其中，第二次燒結的溫度高于第一次燒結的溫度。

21、在可選的實施方式中，以1℃/min～15℃/min的升溫速率升溫至第一次燒結的溫度。

22、在可選的實施方式中，以5℃/min～20℃/min的升溫速率升溫至第二次燒結的溫度。

23、第三方面，本發(fā)明提供一種電池，其制備原料包括前述實施方式的負極材料。

24、本發(fā)明的有益效果包括：

25、本發(fā)明提供的該負極材料具有的納米片結構，有利于增大電極材料與電解質的接觸面積，縮短li+的傳輸路徑，提高li+的傳輸速率；多層石墨作為儲鋰的主體被硬碳層包裹，該硬碳層具有較大的層間距充當li+運輸?shù)母咚偻ǖ?，有利于將li+快速準確地運輸?shù)蕉鄬邮拇鎯ξ恢谩Ｔ撠摌O材料具有良好的功率和能量密度，將其用于制備電池，可使電池也具有較佳的電化學性能。

技術特征：

1.一種負極材料，其特征在于，所述負極材料包括多層石墨以及包覆于所述多層石墨的表面的硬碳層；

2.一種如權利要求1所述的負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：在非活性氣氛下，將硬碳前驅體與多層石墨材料的混合物進行分級燒結。

3.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述多層石墨材料包括石墨烯、剝離石墨和天然鱗片石墨中的至少一種。

4.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述硬碳前驅體為高分子衍生硬碳。

5.根據(jù)權利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述高分子衍生硬碳包括樹脂和糖類中的至少一種；

6.根據(jù)權利要求5所述的制備方法，其特征在于，當所述高分子衍生硬碳為糖類時，所述多層石墨材料與所述糖類的質量比為1:0.1至1:11；

7.根據(jù)權利要求2～6任一項所述的制備方法，其特征在于，所述混合物的制備包括：將所述硬碳前驅體與所述多層石墨材料在分散介質中加熱。

8.根據(jù)權利要求7所述的制備方法，其特征在于，加熱溫度為140℃～220℃，加熱時間為12h～20h。

9.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，分級燒結包括：先于200℃～800℃的條件下第一次燒結1h～8h，再于800℃～1500℃的條件下第二次燒結1h～4h，其中，第二次燒結的溫度高于第一次燒結的溫度。

10.一種電池，其特征在于，所述電池的制備原料包括權利要求1所述的負極材料。

技術總結
本發(fā)明公開了一種負極材料及其制備方法與應用，屬于電池技術領域。該負極材料包括多層石墨以及包覆于多層石墨表面的硬碳層；該負極材料呈納米片結構，硬碳層在負極材料中的質量為1wt％～25wt％。該負極材料具有的納米片結構，有利于增大電極材料與電解質的接觸面積，縮短Li<supgt;+</supgt;的傳輸路徑，提高Li<supgt;+</supgt;的傳輸速率；多層石墨作為儲鋰的主體被硬碳層包裹，該硬碳層具有較大的層間距充當Li<supgt;+</supgt;運輸?shù)母咚偻ǖ?，有利于將Li<supgt;+</supgt;快速準確地運輸?shù)蕉鄬邮拇鎯ξ恢?。該負極材料具有良好的功率和能量密度，將其用于制備電池，可使電池也具有較佳的電化學性能。

技術研發(fā)人員：程博士,胡耀祖,李斌斌,何海勇
受保護的技術使用者：江蘇碳什科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/9/9