本申請(qǐng)涉及新能源，尤其涉及一種石墨負(fù)極材料及其制備方法、負(fù)極片、電池和涉電設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，帶動(dòng)動(dòng)力電池行業(yè)不斷進(jìn)步，對(duì)電池快充性能的要求不斷提高。包覆和造粒工藝是提高石墨負(fù)極材料倍率性能的有效手段，樹脂材料作為包覆材料碳化后可形成硬碳層，硬碳具有各向同性，層間距較石墨大，在充電過(guò)程中鋰離子擴(kuò)散速度快，具有良好的倍率性能，但是現(xiàn)有石墨負(fù)極材料顆粒內(nèi)部迂曲度仍然較大，li+傳遞路徑較長(zhǎng)，從而影響倍率性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的在于提供一種石墨負(fù)極材料及其制備方法、負(fù)極片、電池和涉電設(shè)備，旨在解決現(xiàn)有石墨負(fù)極材料顆粒內(nèi)部迂曲度仍然較大，li+傳遞路徑較長(zhǎng)，從而影響倍率性能的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N石墨負(fù)極材料，包括多個(gè)二次顆粒，所述二次顆粒由多個(gè)石墨顆粒組成，所述石墨顆粒的表面包覆有硬碳包覆層，多個(gè)所述石墨顆粒通過(guò)所述硬碳包覆層粘連在一起，且多個(gè)所述石墨顆粒呈定向排列形貌。

3、在一些實(shí)施例中，所述石墨顆粒的表面還包覆有磁性固體顆粒，所述磁性固體顆粒用于在外磁場(chǎng)的作用下使多個(gè)所述石墨顆粒呈定向排列。

4、在一些實(shí)施例中，滿足以下條件中的至少一個(gè)：

5、a.所述硬碳包覆層的質(zhì)量占所述二次顆粒質(zhì)量的0.1%~10%；

6、優(yōu)選地，所述硬碳包覆層的質(zhì)量占所述二次顆粒質(zhì)量的0.1%-3%；

7、b.所述石墨顆粒的粒徑d50為3~20μm；

8、優(yōu)選地，所述石墨顆粒的粒徑d50為5~10μm；

9、c.所述二次顆粒的粒徑d50為5~30μm；

10、優(yōu)選地，所述二次顆粒的粒徑d50為8~18μm；

11、d.所述石墨顆粒選自天然石墨、人造石墨、膨脹石墨、氧化石墨和微晶石墨中的一種或多種的組合。

12、在一些實(shí)施例中，滿足以下條件中的至少一個(gè)：

13、a.所述磁性固體顆粒的質(zhì)量占所述二次顆粒質(zhì)量的0.1*10-3%~500*10-3%；

14、優(yōu)選地，所述磁性固體顆粒的質(zhì)量占所述二次顆粒質(zhì)量的0.1*10-3%~200*10-3%；

15、b.所述磁性固體顆粒選自鐵粉、四氧化三鐵、鎳磁珠、三氧化二鐵、羧基磁珠、氨基磁珠、環(huán)氧基磁珠中的一種或多種的組合。

16、本申請(qǐng)還提供一種石墨負(fù)極材料的制備方法，包括：

17、將石墨顆粒、水溶性樹脂材料、磁流體混合，得到漿料；

18、對(duì)所述漿料進(jìn)行噴霧干燥，在霧化時(shí)施加外磁場(chǎng)，得到造粒品；

19、將所述造粒品碳化，得到所述石墨負(fù)極材料。

20、在一些實(shí)施例中，滿足以下條件中的至少一個(gè)：

21、a.所述水溶性樹脂材料選自酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、糠醛樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯樹脂、丙烯酸-聚氨酯共聚物、呋喃樹脂、聚乙烯醇、殼聚糖、纖維素、丁苯橡膠、葡萄糖中的一種或多種組合；

22、b.所述水溶性樹脂材料的溶液固含量為0.1%~90%；

23、c.所述水溶性樹脂材料的質(zhì)量占所述石墨負(fù)極材料的0.1%-20%；

24、d.所述磁流體為水基磁流體；

25、e.所述磁流體為水基磁流體，所述水基磁流體的固含量為0.001%~50%；

26、f.所述磁流體為水基磁流體，所述水基磁流體中的磁性固體顆粒的粒度≤100nm；

27、g.所述磁流體為水基磁流體，所述水基磁流體中的磁性固體顆粒選自鐵粉、四氧化三鐵、鎳磁珠、三氧化二鐵、羧基磁珠、氨基磁珠、環(huán)氧基磁珠中的一種或多種的組合。

28、在一些實(shí)施例中，滿足以下條件中的至少一個(gè)：

29、a.所述將石墨顆粒、水溶性樹脂材料、磁流體混合，得到漿料，包括：

30、將石墨顆粒和水溶性樹脂材料進(jìn)行第一混合后添加磁流體進(jìn)行第二混合，得到所述漿料；

31、b.在滿足條件a的情況下，所述第一混合的攪拌速度為200r/min~400r/min，攪拌時(shí)間為40~180min；

32、c.在滿足條件a的情況下，所述第二混合的攪拌速度為400r/min~2000r/min，攪拌時(shí)間為40~180min；

33、d.所述對(duì)所述漿料進(jìn)行噴霧干燥，還包括：在干燥時(shí)施加超聲；

34、e.所述碳化的溫度為400℃~1300℃；

35、f.所述碳化的時(shí)間為2~15小時(shí)。

36、本申請(qǐng)還提供一種負(fù)極片，包括上述的石墨負(fù)極材料。

37、本申請(qǐng)還提供一種電池，包括上述的負(fù)極片。

38、本申請(qǐng)還提供一種涉電設(shè)備，包括上述的電池。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)的有益效果包括：

40、本申請(qǐng)?zhí)峁┑氖?fù)極材料包括由多個(gè)石墨顆粒組成的二次顆粒，石墨顆粒表面包覆有硬碳包覆層，二次顆粒內(nèi)部的多個(gè)石墨顆粒呈現(xiàn)定向排列形貌，用該二次顆粒制備的電極片的活性物質(zhì)顆粒間雖然排列仍為隨機(jī)無(wú)序的，但活性物質(zhì)顆粒內(nèi)部的顆粒定向排列程度明顯提高，即內(nèi)部顆粒排列朝向趨于一致或排列的有序度提高（如圖2），這樣可有效地縮短鋰離子的傳輸路徑，即縮短電解液中l(wèi)i+到達(dá)活性物質(zhì)表面的距離，進(jìn)而縮短到反應(yīng)中心的距離，降低迂曲度（如圖3），具有離子傳遞速率快、傳遞通道多的特點(diǎn)，使得該石墨負(fù)極材料制備的鋰離子電池具有高倍率的性能特點(diǎn)。同時(shí)二次顆粒內(nèi)部的石墨顆粒的定向排列程度提升，即內(nèi)部顆粒排列朝向的有序度提高，可提高材料的振實(shí)密度，有利于提高電極的能量密度。

41、而未添加磁流體制備的二次顆粒內(nèi)部石墨顆粒排列是隨機(jī)、無(wú)序的（如圖4），用其制備成極片后未能降低迂曲度（如圖5），鋰離子的傳輸路徑較長(zhǎng)，故鋰離子傳遞速率受限。

42、本申請(qǐng)?zhí)峁┑氖?fù)極材料的制備方法通過(guò)配制包含石墨顆粒和樹脂材料的噴霧干燥漿料，并在漿料中添加磁流體，通過(guò)在霧化器外添加磁場(chǎng)，石墨顆粒表面的磁性固體顆粒在外磁場(chǎng)的作用下定向排列，經(jīng)噴霧干燥工藝形成的二次顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)中石墨顆粒呈現(xiàn)定向排列形貌，碳化后樹脂包覆層形成硬碳結(jié)構(gòu)，制備得具有硬碳包覆層和磁性固體顆粒的造粒品。

43、本申請(qǐng)?zhí)峁┑呢?fù)極片、電池和涉電設(shè)備由于采用本申請(qǐng)的石墨負(fù)極材料，電化學(xué)性能優(yōu)異，具有高倍率性能。

技術(shù)特征：

1.一種石墨負(fù)極材料，其特征在于，包括多個(gè)二次顆粒，所述二次顆粒由多個(gè)石墨顆粒組成，所述石墨顆粒的表面包覆有硬碳包覆層，多個(gè)所述石墨顆粒通過(guò)所述硬碳包覆層粘連在一起，且多個(gè)所述石墨顆粒呈定向排列形貌。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨負(fù)極材料，其特征在于，所述石墨顆粒的表面還包覆有磁性固體顆粒，所述磁性固體顆粒用于在外磁場(chǎng)的作用下使多個(gè)所述石墨顆粒呈定向排列。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石墨負(fù)極材料，其特征在于，滿足以下條件中的至少一個(gè)：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石墨負(fù)極材料，其特征在于，滿足以下條件中的至少一個(gè)：

5.一種石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，滿足以下條件中的至少一個(gè)：

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的石墨負(fù)極材料的制備方法，其特征在于，滿足以下條件中的至少一個(gè)：

8.一種負(fù)極片，其特征在于，包括權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的石墨負(fù)極材料。

9.一種電池，其特征在于，包括權(quán)利要求8所述的負(fù)極片。

10.一種涉電設(shè)備，其特征在于，包括權(quán)利要求9所述的電池。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N石墨負(fù)極材料及其制備方法、負(fù)極片、電池和涉電設(shè)備，涉及新能源技術(shù)領(lǐng)域。本申請(qǐng)?zhí)峁┑氖?fù)極材料包括多個(gè)石墨顆粒組成的二次顆粒，石墨顆粒表面包覆有硬碳包覆層，多個(gè)石墨顆粒通過(guò)硬碳包覆層粘連在一起，二次顆粒內(nèi)部的多個(gè)石墨顆粒呈現(xiàn)定向排列形貌，用其制備的電極片的二次顆粒間雖然排列仍為隨機(jī)無(wú)序的，但二次顆粒內(nèi)部的石墨顆粒的定向排列程度明顯提高，即內(nèi)部顆粒排列朝向趨于一致或排列的有序度提高，可有效地縮短鋰離子的傳輸路徑，即縮短電解液中Li<supgt;+</supgt;到達(dá)活性物質(zhì)表面，進(jìn)而到反應(yīng)中心的距離，降低迂曲度，具有離子傳遞速率快、傳遞通道多的特點(diǎn)，使得該石墨負(fù)極材料制備的鋰離子電池具有高倍率的性能特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：黃書,張夢(mèng),李子坤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳市貝特瑞新能源技術(shù)研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24