【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本公開涉及一種負極材料、一種包含所述負極材料的電極、一種包括所述電極的電池、一種制造所述負極材料的方法、以及所述負極材料的用途。
技術介紹
1、鋰離子電池是化學和電化學儲能系統中能量密度最高的可再充電儲能系統(二次電池)，如目前高達250wh/kg。鋰離子電池主要用于便攜式電子器件領域，如筆記本電腦、計算機或移動電話，以及交通工具領域，如電動自行車或電動汽車。
2、對于電動汽車來說，需要更高能量密度的鋰離子電池來增加車輛的續航里程。對于便攜式電子器件來說，需要延長一次電池充電來延長使用壽命。
3、目前的鋰離子電池還不能滿足快速充電要求以實現例如電動車輛的可接受的充電時間。電池生產過程中電極與電解質之間的低潤濕性被認為是快速充電過程中的性能限制因素之一。隨著機動車所需的能量密度和功率密度的能量目標最大化所需的電極密度的增加，電極與電解質之間的潤濕性進一步降低。與正極材料相比，石墨負極材料特別受到潤濕性隨著主要因電極壓制過程造成的機械變形導致電極封裝增大而降低的影響。
4、因此，本公開的目標是提供一種能克服或至少減輕現有技術的上述缺點的負極材料、其生產方法和用途。
技術實現思路
1、本專利技術人已經研究了石墨顆粒的壓實如何影響潤濕性，并且驚訝地發現，振實密度(也稱為搖振密度)和粒度分布是控制石墨負極材料的潤濕性的重要參數。振實密度是本領域公知的參數，并且描述了在機械振實含有粉末樣品的容器后得到的增大的堆積密度。下面將詳述其測量的細節。粒度分布也是一個
2、因此，在本公開的第一方面，提供了一種包含石墨粒子的鋰離子電池用顆粒狀負極材料，其中所述顆粒狀負極材料的粒度分布的d99值為20至75μm，1500次振實后的振實密度為0.7至1.2g/cm3，其中所述1500次振實后的振實密度和所述粒度滿足式(i)的關系：
3、1500次振實后的振實密度*d99<55(g/cm3)*μm(i)
4、上述振實密度定義為1500次振實后，即經受1500次機械振實事件后的振實密度。多次振實確保材料達到其最大可能的振實密度(隨著每次振實而逐漸增大，直到它達到恒定值)。如上所述，測量細節將在下面討論。
5、在一些實施方式中，d99值為20至60μm，更具體為25至50μm，特別是30至45μm。
6、在一些實施方式中，其中所述1500次振實后的振實密度為0.75至1.15g/cm3，更具體為0.80至1.10g/cm3，特別是0.85至1.00g/cm3。振實密度過低通常是不理想的，因為它限制了可通過壓實實現的最大電極密度。此外，界面被減少，因此不需要的副反應增加。
7、在一些實施方式中，所述1500次振實后的振實密度和所述粒度滿足式(ii)的關系：
8、1500次振實后的振實密度*d99<x(g/cm3)*μm(ii)，
9、其中x是50，更具體為45，甚至更具體為40，特別是35。為便于進一步限制式(i)，使用上述式(ii)。
10、在一些實施方式中，1500次振實后的振實密度乘以d99值的數學乘積在10至55之間，更具體地在15至50之間，甚至更具體地在20至45之間，特別是在25至40(g/cm3)*μm之間。
11、在一些實施方式中，所述顆粒狀負極材料的粒度分布的d50值在8至25μm之間，更具體地在10至22之間，特別是在約12至20μm之間。
12、在一些實施方式中，d99值與d50值之間的差值為40μm或更低，更具體地為35μm或更低，甚至更具體地為30μm或更低，特別是25μm或更低。這種關系描述了絕對值相對狹窄的粒度分布。
13、在一些實施方式中，粒度分布的d90值與粒度分布的d10值之比小于4.2，更具體地小于4.0，更具體地小于3.7，特別是小于3.5。這種關系描述了相對值相對狹窄的粒度分布。
14、在一些實施方式中，所述顆粒狀負極材料的特征在于所述材料的總官能團之和小于或等于10μmol/g。總官能團之和定義為材料表面上所附著的所有酸性和堿性化學官能團的代數和。總官能團之和有利地小于或等于10μmol/g，這是因為超過10μmol/g時，副反應增加并且界面減少。如果副反應較多，則電池的可逆容量就會降低，這是因為會形成大量的固體電解質界面。在一些實施方式中，所述負極材料的總官能團之和在5.5μmol/g至0.05μmol/g之間，更具體地在1μmol/g至0.05μmol/g之間。
15、在一些實施方式中，所述顆粒狀負極材料具有粒子圓度分布，并且所述分布的s50值是0.85至1.0和/或其中所述分布的s99值是0.95至1。該參數在本領域中用于表征石墨粒子的形狀。
16、在一些實施方式中，所述材料的二甲苯密度在2.2至2.26g/cm3之間。測量二甲苯密度在本領域中已經非常成熟，并且可以例如根據din?51901(2006-11)進行。
17、根據本公開的第二方面，提供了一種包含顆粒狀負極材料的電極。所述顆粒狀負極材料可以如本公開的第一方面所定義。
18、根據本公開的第三方面，提供了一種包括至少一個根據第二方面的電極的電池。
19、根據本公開的第四方面，提供了一種制造根據本公開的第一方面所述的負極材料的方法，所述方法包括以下步驟：a)提供碳質可石墨化材料和或石墨材料和可石墨化有機粘結劑；b)通過使用0.05至0.8的焦炭/瀝青比來混合步驟a)的材料；c)加熱直至950℃，得到碳化材料；d)將步驟c)的碳化材料加熱直至3100℃，得到石墨化材料；e)將步驟d)的粉末與有機可石墨化碳質添加劑混合；以及f)將步驟e)的混合物加熱到800℃至1100℃之間的溫度。所述顆粒狀負極材料可以如本公開的第一方面所定義。
20、在一些實施方式中，在步驟b)后進行步驟b1)形成固體，并且在步驟d)后進行步驟d1)研磨。
21、根據本公開的第五方面，提供了一種根據本公開的第一方面的顆粒狀負極材料用于鋰離子電池，特別是機動車用鋰離子電池的用途。所述顆粒狀負極材料可以如本公開的第一方面所定義。
22、上文發現還允許提供一種包含石墨粒子的鋰離子電池用顆粒狀負極材料，其中所述負極材料可被壓縮到金屬片上，以形成致密的快濕負極材料層，所述負極材料層以g/cm3表示的密度ρ和以秒表示的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種包含石墨粒子的鋰離子電池用顆粒狀負極材料，其中所述顆粒狀負極材料具有20μm至75μm的粒度分布D99值以及0.7g/cm3至1.2g/cm3的1500次振實后的振實密度，其中所述1500次振實后的振實密度和所述粒度滿足式(I)的關系：
2.根據權利要求1所述的顆粒狀負極材料，其中所述D99值是20μm至60μm，更具體是25μm至50μm，特別是30μm至45μm。
3.根據權利要求1或2所述的顆粒狀負極材料，其中所述1500次振實后的振實密度是0.75g/cm3至1.15g/cm3，更具體是0.80g/cm3至1.10g/cm3，特別是0.85g/cm3至1.00g/cm3。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的顆粒狀負極材料，其中所述1500次振實后的振實密度和所述粒度滿足式(II)的關系：
5.根據權利要求1至4中任一項所述的顆粒狀負極材料，其中所述1500次振實后的振實密度乘以所述D99值的數學乘積在10至55(g/cm3)*μm之間，更具體地在15至50(g/cm3)*μm之間，甚至更具體地在20至45(g/cm
6.根據權利要求1至5中任一項所述的顆粒狀負極材料，其中所述粒度分布的D50值在8μm至25μm之間，更具體地在10μm至22μm之間，特別在約12μm至20μm之間。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的顆粒狀負極材料，其中所述D99值與所述D50值之間的差值為40μm或更低，更具體地為35μm或更低，甚至更具體地為30μm或更低，特別是25μm或更低。
8.根據權利要求1至7中任一項所述的顆粒狀負極材料，其中所述粒度分布的D90值與所述粒度分布的D10值之比小于4.2，更具體地小于4.0，更具體地小于3.7，特別小于3.5。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的顆粒狀負極材料，其中所述材料的總官能團之和小于或等于10gmol/g。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的顆粒狀負極材料，其中所述顆粒狀負極材料具有粒子圓度分布，并且所述分布的S50值是0.85至1.0和/或其中所述分布的S99值是0.95至1。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的顆粒狀負極材料，其中所述材料的二甲苯密度在2.2g/cm3至2.26g/cm3之間。
12.一種電極，所述電極包含根據權利要求1至11中任一項所述的顆粒狀負極材料。
13.一種電池，所述電池包括至少一個根據權利要求11所述的電極。
14.一種制造根據權利要求1所述的負極材料的方法，所述方法包括以下步驟：
15.根據權利要求13所述的制造負極材料的方法，其中在步驟b)后進行步驟b1)形成固體以及在步驟d)后進行步驟d1)研磨。
16.一種根據權利要求1至11中任一項所述的顆粒狀負極材料用于鋰離子電池、特別是機動車用鋰離子電池的用途。
...【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】
1.一種包含石墨粒子的鋰離子電池用顆粒狀負極材料，其中所述顆粒狀負極材料具有20μm至75μm的粒度分布d99值以及0.7g/cm3至1.2g/cm3的1500次振實后的振實密度，其中所述1500次振實后的振實密度和所述粒度滿足式(i)的關系：
2.根據權利要求1所述的顆粒狀負極材料，其中所述d99值是20μm至60μm，更具體是25μm至50μm，特別是30μm至45μm。
3.根據權利要求1或2所述的顆粒狀負極材料，其中所述1500次振實后的振實密度是0.75g/cm3至1.15g/cm3，更具體是0.80g/cm3至1.10g/cm3，特別是0.85g/cm3至1.00g/cm3。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的顆粒狀負極材料，其中所述1500次振實后的振實密度和所述粒度滿足式(ii)的關系：
5.根據權利要求1至4中任一項所述的顆粒狀負極材料，其中所述1500次振實后的振實密度乘以所述d99值的數學乘積在10至55(g/cm3)*μm之間，更具體地在15至50(g/cm3)*μm之間，甚至更具體地在20至45(g/cm3)*μm之間，特別在25至40(g/cm3)*μm之間。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的顆粒狀負極材料，其中所述粒度分布的d50值在8μm至25μm之間，更具體地在10μm至22μm之間，特別在約12μm至20μm之間。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的顆粒狀負極...
【專利技術屬性】
技術研發人員：伊瓦諾·格拉爾比亞提，阿爾貝托·比安科里，安德烈亞斯·克萊因，丹尼爾·斯拉切塔，
申請(專利權)人：西格里碳素歐洲公司，
類型：發明
國別省市：
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