[發(fā)明專利]低溫熱解瀝青包覆石墨制備高倍率鋰離子電容電池負極材料的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910043835.4
• 申請日: 2009-07-03
• 公開（公告）號: CN101604748A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發(fā)明（設計）人: 王志興;方杰;郭華軍;李新海;李靈均;彭文杰;張云河;胡啟陽
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/38;H01M4/62
• 代理公司: 中南大學專利中心
• 代理人: 胡燕瑜

技術領域

本發(fā)明屬于儲能材料制備技術領域，特別是涉及低溫熱解瀝青包覆石墨制備高倍率鋰離子電容電池負極材料的方法。

技術背景

自從二十世紀90年代，索尼公司首次推出商品化的鋰離子電池以來，鋰離子電池技術的得到了飛速的發(fā)展。鋰離子電池具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電小、無記憶效應等優(yōu)點，已廣泛應用于筆記本電腦、移動電話、數(shù)碼產(chǎn)品等便攜式設備領域。隨著石油資源日益緊張、環(huán)境污染日趨嚴重以及汽車消費的旺盛需求，鋰離子電池作為電動汽車或者混合電動汽車的電源成為全球關注的熱點。

目前，商品化鋰離子電池的電極材料主要是鈷酸鋰和石墨。作為負極材料的石墨具有較低的鋰脫/嵌電位(0～0.25V?vs?Li/Li+)、容量高、資源豐富以及價格低廉等特點。石墨類材料包括人造石墨和天然石墨，人造石墨中應用較多的有中間相碳微球；天然石墨根據(jù)外形可分為鱗片狀石墨和微晶石墨。但是，石墨類材料作為鋰離子電池的負極材料仍然存在一些技術問題，主要表現(xiàn)在：石墨層間作用力弱，與電解液相容性較差，在充放電過程中會發(fā)生溶劑分子進入石墨層，從而引起石墨表層剝落，電解液繼續(xù)和新的表層反應，致使石墨的循環(huán)性能較差。中間相碳微球盡管具有良好的倍率性能、循環(huán)穩(wěn)定以及振實密度大等優(yōu)點，但是它的可逆容量一般在330mAh/g以下，且價格比較昂貴。

超級電容器是也近年來發(fā)展迅速的新型綠色儲能器件，它具有快速充放電、功率密度高的特點，其功率密度是普通電池的幾十倍甚至幾百倍。另外，超級電容器循環(huán)壽命長，可達上萬次，是普通電池的幾百倍甚至幾千倍?；诔夒娙萜鞯倪@一特性，包括我國在內(nèi)的一些國家啟動了使用超級電容器作為汽車電源的研發(fā)項目。但超級電容器單獨作為車用電源也存在致命的弱點，即它的能量密度顯著低于鋰離子二次電池(約為鋰離子二次電池的1/10)。因此大大的限制了超級電容器的使用范圍。

鋰離子電容電池是近年來發(fā)展迅速的新型綠色儲能器件，它結(jié)合了鋰離子電池高容量和超級電容器高倍率的優(yōu)點，電容電池中鋰離子電池和超級電容器這兩種儲能體系結(jié)合方式有兩種，一種是“外組合”式(即將兩者的單體通過電源管理系統(tǒng)組合成一個儲能組件或系統(tǒng))；另一種是“內(nèi)結(jié)合”式(即將兩者有機地結(jié)合在同一單體中)。已有研究表明，將鋰離子電池和超級電容器通過“內(nèi)結(jié)合”構成的電容電池可獲得良好的電化學性能。

目前，在鋰離子電容電池中，存在一個突出的問題是針對這種儲能方式的電極材料很少，中國專利CN?101071852A采用二氧化硅模板法制備超級電容電池石墨-活性炭負極材料，但該方法制備周期長，成本較高。另外，超級電容器電極材料活性炭的導電性能差。因此，制備具有容量大、高倍率性能好且價格合理的負極材料對于鋰離子電容電池至關重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種低溫熱解瀝青包覆石墨制備高倍率鋰離子電容電池負極材料的方法。

本發(fā)明低溫熱解瀝青包覆石墨制備高倍率鋰離子電容電池負極材料的方法，其特征在于，依次含有以下步驟：

1)將石墨化催化劑、蒸餾水和無水乙醇按質(zhì)量比1∶(10～20)∶100混合均勻。

2)將石墨、瀝青粉和導電劑加入第1)步得到的混合溶液中，加入瀝青粉的量為：瀝青粉∶石墨化催化劑＝100∶1，攪拌混合4～8小時，然后將得到的混合物在空氣中于80℃烘干。

3)將第2)步干燥后得到的混合物在Ar或N₂氣氛保護下進行熱解，熱解溫度為400～800℃，保溫時間10～20小時。

4)用質(zhì)量分數(shù)為(5～20％)的硝酸溶液溶解除去第3)步得到的熱解后的混合物中的石墨化催化劑，再經(jīng)蒸餾水充分水洗、干燥，得到高倍率鋰離子電容電池用熱解瀝青包覆石墨的負極材料。

低溫熱解瀝青包覆石墨制備高倍率鋰離子電容電池負極材料的方法，所述的石墨化催化劑是硝酸鐵或硼酸。

低溫熱解瀝青包覆石墨制備高倍率鋰離子電容電池負極材料的方法，所述的石墨是天然石墨、人工石墨、中間相碳微球或石墨基復合材料中一種或幾種，加入的質(zhì)量比例為：石墨∶瀝青粉＝(1～9)∶1。

低溫熱解瀝青包覆石墨制備高倍率鋰離子電容電池負極材料的方法，所述的導電劑是碳纖維、碳納米管、炭黑中一種或幾種，加入的質(zhì)量比例為導電劑∶石墨＝(0.01～0.2)∶1。