[發明專利]鋰離子二次電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201010185742.8
• 申請日: 2010-05-28
• 公開（公告）號: CN102263230A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 吳玉祥;周憲聰;陳伯坤
• 申請（專利權）人: 榮炭科技股份有限公司
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/1393
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨

技術領域

本發明涉及一種鋰離子二次電池負極材料及其制備方法，尤其涉及一種以燃油(或燃煤)飛灰的未燃碳作為碳材的鋰離子二次電池負極材料，以及相關制備方法。

背景技術

所謂的鋰離子二次電池是指可供充電與放電的鋰離子電池，其大量應用在可攜式3C電子產品上，且隨著可攜式3C電子產品的日益精進，使得現有的鋰離子二次電池的能量密度逐漸不能滿足人們的需求，因此鋰離子二次電池材料主要的技術都將需要再開發、提升，包括更輕便的體積、重量，及更高的電池能量密度等等，然而開發較低成本及環保的負極材料鋰離子二次電池，也將是非常重要的課題。

目前作為鋰離子二次電池負極(Anode)材料的碳材料已有很多型態：例如：天然石墨、人工石墨、碳纖維和介穩相球狀碳(Meso?Carbon?Micro?Beads，MCMB)、從樹脂所衍生的非石墨化碳材。現今，一般商業化所使用的碳材料則為天然石墨，其為一種低表面積、高緊密堆積的球狀碳，其結構規則性高，有利于鋰離子的嵌入和釋出，所以有第一循環次數不可逆電流小的優點。

而介穩相球狀碳(MCMB)雖然在二次鋰離子電池負極材料中有較高的比電容量和一些好的結構特征，但由于必須加熱至2800℃以上才能產生石墨化，需要昂貴的石墨化爐設備，且加工過程繁瑣復雜，因而存在生產成本過高的缺點。

除此之外，從商業化的觀點出發，低的環境污染、便宜的價格和可取得大量的碳材料，是理想的碳負極材料。未燃碳是重油燃燒的副產物，由集塵器回收，是燃油飛灰的主要成分。從廢棄物回收再利用觀點出發，從各種廢棄物中回收碳材料并再利用于鋰離子電池負極材料，越來越被重視。而工業廢棄物燃油飛灰的未燃碳正符合以上所述的條件。

發明內容

為了解決現有多型態碳材料作為鋰離子二次電池負極材料存在的碳材經石墨化后成本高、制備方法繁瑣、不符合降低碳排放量和資源回收再利用的環保要求的缺陷，本發明提供了一種鋰離子二次電池負極材料及其制備方法。

本發明是通過以下技術方案來克服這些缺陷的：

一種鋰離子二次電池負極材料，其成分選自一燃油飛灰及一燃煤飛灰其中之一的未燃碳作為鋰離子二次電池負極材料的碳材。

其中，該未燃碳碳材的獲得包含如下步驟：先將選自該燃油飛灰及該燃煤飛灰其中之一的未燃碳進行浸漬處理、于室溫下攪拌、過濾分離固液、再用蒸餾水進行多次水洗，以除去殘留的浸漬劑，經干燥后即可獲得。

本發明還提供了一種鋰離子二次電池負極材料的制備方法，該鋰離子二次電池負極材料是以一燃油飛灰的未燃碳作為碳材，其特征在于，該未燃碳碳粉的制備方法包括下列步驟：

1)用球磨機將該未燃碳研磨；

2)將研磨過后的未燃碳置于一高溫爐中進行熱處理；在熱處理其間通入一氮氣作為保護氣氛，升溫至所需熱處理溫度2000-3200℃，并維持該溫度一段時間后，將其冷卻至室溫，再經過酸處理后即得到該未燃碳碳粉，以作為鋰離子二次電池負極材料。

其中，該酸處理所用的酸性水溶液為3-20M的硝酸(HNO₃)、硫酸(H₂SO₄)、氫氟酸(HF)、鹽酸(HCl)或磷酸(H₃PO₄)的水溶液。

本發明鋰離子二次電池負極材料采用未燃碳作為碳材，通過將未燃碳加工處理得到未燃碳的碳粉作為鋰離子二次電池負極材料，而所用未燃碳有較高的電容量保持率，符合較低成本及環保的要求。

附圖說明

圖1為本發明未燃碳碳粉的制備流程圖；

圖2(a)為經過研磨未燃碳C1的掃描式電子顯微鏡分析(SEM)的表面形態；

圖2(b)為研磨過后經過酸處理未燃碳C2的掃描式電子顯微鏡分析(SEM)的表面形態；

圖2(c)為研磨過后經過2500℃熱處理未燃碳G1的掃描式電子顯微鏡分析(SEM)的表面形態；

圖2(d)為研磨過后經過2500℃熱處理及酸處理的未燃碳G2的掃描式電子顯微鏡分析(SEM)的表面形態；

圖2(e)為未經過研磨的未燃碳F的掃描式電子顯微鏡分析(SEM)的表面形態；

圖3為未燃碳C1、C2、G1、G2的X-ray繞射圖；

圖4為未燃碳C1、C2、G1、G2的拉曼光譜分析(Raman)圖；

圖5為第一次未燃碳C1、C2、G1、G2的放電電容量圖；

圖6為未燃碳C1、C2、G1、G2的循環次數對放電容量圖；