本發(fā)明涉及二次電池，具體涉及一種負極材料、負極極片、電化學(xué)裝置及負極材料的制備方法。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今時代，鋰離子二次電池因其能量密度高、循環(huán)壽命長、快充能力好、成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于數(shù)碼類、動力類及儲能類等領(lǐng)域。隨著占有率的逐步提升，市場對鋰離子電池提出了更高的要求，如電池需要更高的能量密度、更長的循環(huán)性能以及更短的快充時間等。一般來說，能量密度、循環(huán)性能和快充性能無法完全兼得，故而如何在兼顧能量密度的同時改善鋰離子電池的循環(huán)和快充性能，成為目前鋰離子電池領(lǐng)域的重點研究方向之一。

2、目前，商業(yè)化鋰離子電池的負極材料以石墨類材料為主。石墨類材料具有較高的克容量和較低的電壓平臺，具備較好的快充性能。石墨類材料又可細分為人造石墨和天然石墨，人造石墨具有較好的循環(huán)性能和高溫性能，天然石墨相比人造石墨具有較高的克容量、較好的加工性能和較低的成本，但是由于天然石墨內(nèi)部存在大量孔隙，其在未經(jīng)高溫石墨化時的循環(huán)和高溫性能均差于人造石墨。

3、因此，需要設(shè)計一種負極材料、負極極片、電化學(xué)裝置及負極材料的制備方法，調(diào)節(jié)天然石墨內(nèi)部存在的空隙結(jié)構(gòu)，以改善天然石墨在電化學(xué)裝置中作為負極材料的循環(huán)性能和快充性能，從而解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、鑒于以上現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明提供了一種負極材料、負極極片、電化學(xué)裝置及負極材料的制備方法，以用于解決天然石墨作為負極材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，影響電化學(xué)裝置循環(huán)性能和快充性能的技術(shù)問題。

2、為實現(xiàn)上述目的及其它相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種負極材料，所述負極材料包括：天然石墨。

3、其中，所述天然石墨的顆粒中具有孔隙；所述天然石墨的平均孔隙取向度為5°～40°，所述孔隙取向度為所述天然石墨顆粒中孔隙取向與顆粒取向之間的夾角。

4、在本發(fā)明一示例中，所述負極材料包括核體和包覆層，所述核體包括所述天然石墨，所述包覆層包括無定形碳。

5、在本發(fā)明一示例中，所述天然石墨顆粒的平均粒徑為5～20μm。

6、本發(fā)明另一方面提供一種上述任一項示例所述負極材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：對天然石墨原料進行整形處理，獲得第一石墨前驅(qū)體；沿第一方向?qū)λ龅谝皇膀?qū)體施加壓力p1，保壓時間t1后，維持所述壓力p1不變并沿第二方向?qū)λ龅谝皇膀?qū)體施加壓力p2，保壓時間t2后，獲得第二石墨前驅(qū)體；將所述第二石墨前驅(qū)體與包覆劑混合進行碳包覆處理，得到負極材料；其中，所述第一方向與第二方向相垂直，所述壓力p1小于所述壓力p2。

7、在本發(fā)明一示例中，所述天然石墨原料包括鱗片石墨和微晶石墨中的至少一種。

8、在本發(fā)明一示例中，所述對所述天然石墨原料進行整形處理，包括：對所述天然石墨原料進行粉碎、球形化整形和分級，獲得所述第一石墨前驅(qū)體；其中，所述第一石墨前驅(qū)體的平均粒徑為10～20μm。

9、在本發(fā)明一示例中，所述壓力p1的壓強為5～10mpa，所述時間t1為0.5～1小時，所述壓力p2的壓強為10～20mpa，所述時間t2為1～2小時。

10、在本發(fā)明一示例中，所述包覆劑包括煤瀝青、石油瀝青、中溫瀝青、酚醛樹脂和乙烯焦油中的至少一種。

11、在本發(fā)明一示例中，所述第二石墨前驅(qū)體與包覆劑的質(zhì)量比為(5～20):1，所述第二石墨前驅(qū)體與包覆劑的碳包覆處理溫度為1000～1200℃。

12、本發(fā)明還提供一種負極極片，所述負極極片包括負極集流體和設(shè)置于所述負極集流體上的負極活性物質(zhì)層，所述負極活性物質(zhì)層包括上述任一項示例所述的負極材料。

13、在本發(fā)明一示例中，所述負極材料中孔隙相對于所述負極集流體平面的平均孔隙取向度為5°～40°。

14、本發(fā)明還提供一種電化學(xué)裝置，所述電化學(xué)裝置包括正極極片、隔膜、電解液和上述任一項示例所述的負極極片。

15、本發(fā)明將天然石墨顆粒內(nèi)的孔隙相對于顆粒的取向度調(diào)節(jié)至5°～40°。該天然石墨作為負極材料在負極集流體上經(jīng)輥壓加工后，其天然石墨顆粒取向傾向于平行負極集流體表面方向，而顆粒內(nèi)部的孔隙取向則傾向于垂直負極集流體表面。天然石墨中傾向垂直負極集流體表面的孔隙結(jié)構(gòu)，能夠于負極活性物質(zhì)層中形成大量迂曲低的鋰離子通道，提升負極材料孔隙在電解液中的浸潤效果，提高負極材料與電解液之間的鋰離子傳輸效率乃至整體負極極片的快充能力，同時該孔隙結(jié)構(gòu)還能幫助天然石墨在負極極片上進行結(jié)構(gòu)定向，提高天然石墨在負極極片上的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保證負極材料不易發(fā)生形變而具有良好的循環(huán)性能。

16、本發(fā)明的負極材料改善了天然石墨的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、鋰離子傳輸效果，進而提升了裝配該負極材料電化學(xué)裝置的循環(huán)性能和快充性能。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的一些實際問題從而有很高的利用價值和使用意義。

技術(shù)特征：

1.一種負極材料，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述負極材料，其特征在于，所述負極材料包括核體和包覆層，所述核體包括所述天然石墨，所述包覆層包括無定形碳。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述負極材料，其特征在于，所述天然石墨顆粒的平均粒徑為5～20μm。

4.一種權(quán)利要求1至3任一項所述負極材料的制備方法，其特征在于，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述負極材料的制備方法，其特征在于，所述天然石墨原料包括鱗片石墨和微晶石墨中的至少一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述負極材料的制備方法，其特征在于，所述對所述天然石墨原料進行整形處理，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述負極材料的制備方法，其特征在于，所述壓力p1的壓強為5～10mpa，所述時間t1為0.5～1小時，所述壓力p2的壓強為10～20mpa，所述時間t2為1～2小時。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述負極材料的制備方法，其特征在于，所述包覆劑包括煤瀝青、石油瀝青、中溫瀝青、酚醛樹脂和乙烯焦油中的至少一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述負極材料的制備方法，其特征在于，所述第二石墨前驅(qū)體與包覆劑的質(zhì)量比為(5～20):1，所述第二石墨前驅(qū)體與包覆劑的碳包覆處理溫度為1000～1200℃。

10.一種負極極片，其特征在于，所述負極極片包括負極集流體和負極活性物質(zhì)層，所述負極活性物質(zhì)層包括權(quán)利要求1至3任一項所述的負極材料，或者權(quán)利要求4至9任一項所述制備方法所制備的負極材料。

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述負極極片，其特征在于，所述負極材料中孔隙相對于所述負極集流體平面的平均孔隙取向度為5°～40°。

12.一種電化學(xué)裝置，其特征在于，包括，正極極片、隔膜、電解液和權(quán)利要求10或11所述的負極極片。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種負極材料、負極極片、電化學(xué)裝置及負極材料的制備方法，屬于二次電池技術(shù)領(lǐng)域，所述負極材料包括天然石墨，所述天然石墨的顆粒中具有孔隙；所述天然石墨的平均孔隙取向度為5°～40°，所述孔隙取向度為所述天然石墨顆粒中孔隙取向與顆粒取向之間的夾角。本發(fā)明負極材料、負極極片、電化學(xué)裝置及負極材料的制備方法，改善了天然石墨在負極極片中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和鋰離子傳輸效果，進而提升了裝配該負極材料電化學(xué)裝置的循環(huán)性能和快充性能。

技術(shù)研發(fā)人員：劉永興
受保護的技術(shù)使用者：遠景動力技術(shù)（江蘇）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19