[發明專利]一種鋰離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 200910053113.7
• 申請日: 2009-06-16
• 公開（公告）號: CN101924209A
• 公開（公告）日: 2010-12-22
• 發明（設計）人: 劉春法;張秀云;詹亮;凌立成;葉冉
• 申請（專利權）人: 上海寶鋼化工有限公司;華東理工大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/04
• 代理公司: 上海明成云知識產權代理有限公司 31232
• 代理人: 周成

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極材料，還涉及這種鋰離子電池負極材料的制備方法。

背景技術

目前，在中國或全球的能源結構中，煤、石油、天然氣一次能源占90％以上，而其儲藏量僅供開采50年左右，因此發展新能源必然成為擺脫經濟衰退、創造就業機會、搶占未來發展制高點的重要戰略產業。在太陽能、風能、核能等新能源體系中，鋰離子電池因其能量密度高、功率密度高、循環性能好、環境友好、結構多樣化及價格低廉等優異特性使其成為攝像機、移動電話、筆記本電腦等便攜式電子電器的首選電源，也是未來空間技術及高端儲能系統的理想電源。

鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜和電解液構成，其中能否制備能量密度高、功率密度高、循環壽命長、成本低的負極材料是該研究方向最具活力的分支之一，也是制約鋰離子電池能否繼續向混合動力汽車、航天航空等高科技領域發展的決定因素。

目前用作鋰離子電池負極材料的主要有中間相碳微球(MCMB)、改性石墨和針狀焦。就市場而言，MCMB占據中國90％以上的負極材料市場，而日本60％左右則以針狀焦為主，該市場格局與國內針狀焦的生產技術直接相關。在知識產權方面，有關MCMB、天然石墨用作鋰離子負極材料的相關技術基本都得到保護，如專利02100442.0報道了天然石墨用作負極材料時粘結劑的選擇技術，專利02125715.9闡述了炭包覆天然石墨的制備方法，專利01122693.5說明了當中間相碳微球用作負極材料時鋰離子電池的制備技術，但有關針狀焦用作負極材料的專利申請較少，只有專利200710075897.4提及針狀焦可以用作鋰離子電池負極材料，沒對具體的制備工藝加以說明。目前，負極材料基本朝高能量密度、高功率密度發展，其中專利03115363.1報道了SnO₂用作負極材料的制備技術，專利02112180.x簡要介紹了Si與MCMB、天然石墨進行機械混合所得Si/碳復合負極材料的制備方法。上述兩種技術雖然在一定程度上相應提高了現有負極材料的能量密度，但又衍生出因體積膨脹而導致循環壽命較低問題。在此背景下，進行針狀焦負極材料的改性研究無疑對推動中國鋰離子電池的進一步發展具有重要意義。

發明內容

本發明的第一方面目的在于提出一種鋰離子電池負極材料。

一種鋰離子電池負極材料，該鋰離子電池負極材料是改性針狀焦，其平均粒徑在3～6μm，比表面積為1～9m²/g，體積密度為1.5～2.0g/cm³，石墨微晶結構的d₀₀₂、La、Lc值分別為0.3354～0.3500nm、30～56nm、14～27nm。

本發明的鋰離子電池負極材料制作成電極，其在0.25～0.5V有穩定的充放電電位，首次庫侖效率高于85％，比容量在150次反復充放電后仍保持在280～300mAh/g，且成本比MCMB負極材料低。

本發明的第二方面目的在于提出一種鋰離子電池負極材料的制備方法。

一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將煤系或石油系針狀焦粉碎至粒徑為3～6μm的粉體針狀焦；

(2)將所述粉體針狀焦于400～600℃在強堿溶液中進行脫灰1～3小時，再在酸性溶液中進行酸洗，然后水洗和干燥；

(3)將所述粉體針狀焦炭化然后石墨化，得到改性針狀焦；

(4)將所述改性針狀焦在酸性溶液中進行酸洗，然后水洗和干燥；

(5)在還原性氣體的氣氛下，于400～600℃對所述改性針狀焦進行表面還原處理1～3小時；

(6)采用化學氣相沉積法，對所述改性針狀焦進行包膜，使其表面包覆上一層碳，即制得鋰離子電池負極材料。

本發明的鋰離子電池負極材料的制備方法，通過熔融刻蝕、催化石墨化、表面化學修飾、包膜等改性技術，使采用該鋰離子電池負極材料制得的電極的充放電電位為0.25～0.5V、嵌鋰容量＞300mAh/g，首次庫侖效率高于85％，比容量在150次反復充放電后仍保持在280～300mAh/g，且對電解液具有良好的適配性。

附圖說明

圖1是具體實施方式中所述的鋰離子電池負極材料的制備方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例進一步說明本發明的技術方案。

參見圖1。一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將煤系或石油系針狀焦粉碎至粒徑為3～6μm的粉體針狀焦，粉碎的方法可以采用球磨；