[發(fā)明專利]一種鋰離子動(dòng)力電池負(fù)極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910042643.1
• 申請(qǐng)日: 2009-02-11
• 公開（公告）號(hào): CN101798079A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許曉落;賀小紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長(zhǎng)沙海容新材料股份有限公司
• 主分類號(hào): C01B31/04
• 分類號(hào): C01B31/04;H01M4/38;H01M4/04
• 代理公司: 長(zhǎng)沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 盧宏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子動(dòng)力電池用負(fù)極材料及其制備方法，尤其涉及一種含有包 覆結(jié)構(gòu)的動(dòng)力電池用負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

對(duì)于動(dòng)力電池要求具有比能量高、比功率大、自放電少、工作溫度范圍寬、使用壽 命長(zhǎng)和安全可靠等。按照電動(dòng)汽車的分類，完全由電池驅(qū)動(dòng)的純電動(dòng)汽車(EV)應(yīng)采 用容量大、比能量高的高能型動(dòng)力電池，而以電池為輔助能源的混合電動(dòng)汽車(HEV) 應(yīng)采用比功率高的高功率型動(dòng)力電池。

制約電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵問題之一是電池的成本。高性能、低成本的動(dòng)力電池及其 相關(guān)材料的開發(fā)將對(duì)其發(fā)展起到?jīng)Q定作用。而作為鋰離子動(dòng)力電池的負(fù)極材料一般為碳 負(fù)極，充電時(shí)鋰離子嵌入碳化合物，其化學(xué)組成常用LixC6(0＜x＜1)表示，石油焦炭(PC)、 中間相碳微球(MCMB)、碳纖維(CF)和石墨等是常見的碳負(fù)極材料。在眾多的用作 碳負(fù)極的材料中，天然石墨具有低的嵌入電位，優(yōu)良的嵌入-脫嵌性能，是良好的鋰離 子電池負(fù)極材料。通常鋰在碳材料中形成的化合物的理論表達(dá)式為L(zhǎng)iC₆。按化學(xué)計(jì)量的 理論比容量為372mAh/g。近年來隨著對(duì)碳材料研究工作的不斷深入，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過對(duì) 石墨和各類碳材料進(jìn)行表面改性和結(jié)構(gòu)調(diào)整，或使石墨部分無序化，或在各類碳材料中 形成納米級(jí)的孔、洞和通道等結(jié)構(gòu)，鋰在其中的嵌入-脫嵌不但可以按化學(xué)計(jì)量LiC₆進(jìn) 行，而且還可以有非化學(xué)計(jì)量的嵌入-脫嵌，其比容量大大增加，由LiC₆的理論值 372mAh/g提高到700～1000mAh/g，因此而使鋰離子電池的比能量大大增加。近年來 在鋰離子電池碳負(fù)極材料的研究上已經(jīng)取得了許多新的進(jìn)展。Okuno等研究了用中介相 瀝青焦炭(mesophase?pitch?carbon，MPC)修飾的焦炭電極。發(fā)現(xiàn)焦炭電極的比容量?jī)H 170～250mAh/g，焦炭和MPC按4∶1的比例混合，比容量為277mAh/g。而用MPC修 飾的焦炭電極其比容量為300～310mAh/g。馬樹華在中介相微球石墨(MCMB電極上人 工沉積一層Li₂CO₃或LiOH膜，電極的容量及首次充放電效率均有一定的改善。鄧正華等 采用熱離子體裂解天然氣制備的天然氣焦炭具有較好的嵌鋰能力，首次放電容量為 402mAh/g充電量為235mAh/g，充放電效率為58.5％。馮熙康等將石油焦在還原氣氛 中經(jīng)2600℃處理后制得的人造石墨外部包覆碳層。發(fā)現(xiàn)處理后的這種材料有較高的比容 量(330mAh/g)，較好的充放電性能，較低的自放電率。

目前，負(fù)極材料的發(fā)展趨勢(shì)是以提高容量和循環(huán)穩(wěn)定性為目標(biāo)，鋰離子電池負(fù)極材 料的發(fā)展?fàn)顩r制約著鋰離子動(dòng)力電池的發(fā)展；負(fù)極材料性能的提高能促進(jìn)動(dòng)力電池的發(fā) 展，促進(jìn)電動(dòng)汽車的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種循環(huán)性能好，容量較高，價(jià)格低，適合于高倍率放電的 石墨類鋰離子動(dòng)力電池負(fù)極材料。

本發(fā)明所提供的一種鋰離子動(dòng)力電池負(fù)極材料具有如下特性：壓實(shí)密度≥1.40，比 表面積≤2.5m²/g，首次放電容量≥330mAh/g，首次放電效率≥92％，倍率性能，20C/1C ≥90％。

本發(fā)明還提供了上述鋰離子動(dòng)力電池負(fù)極材料的制備方法。

通過石油焦為原料，經(jīng)過石墨化，粉碎，球化，分級(jí)，瀝青或聚合物包裹后，再次 石墨化，制得球狀石墨材料，再加入添加劑人造石墨細(xì)粉；其中所用的石油焦石墨化， 粉碎，球化，分級(jí)后的重量占總重量的70-95wt％，用于包裹的瀝青或聚合物的重量占 總重量的5-30wt％，添加劑為人造石墨細(xì)粉占總重量的1-20wt％；核體材料石油焦經(jīng) 過石墨化、粉碎、球化和分級(jí)處理后，其中位徑D₅₀為7-15μm，D₉₀/D₁₀≤3，球形度≥ 0.80，石墨化度≥90％。

優(yōu)選石油焦的固定碳含量≥95.0％，硫分≤0.5％，灰份≤1.0％，粒度在0.5～10mm。

優(yōu)選添加劑為人造石墨細(xì)粉，其中位徑D₅₀為2-12μm，石墨化度≥95％。

優(yōu)選將占5-30wt％的包覆材料瀝青或聚合物與石墨化后粉碎球化分級(jí)的石油焦混 合，使石油焦表面包覆一層瀝青或聚合物。