[發明專利]一種鋰離子電池陽極材料包覆碳纖維的制備方法及產品

無效

• 申請號: 201110172839.X
• 申請日: 2011-06-23
• 公開（公告）號: CN102280613A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 王杰;宋錫瑾
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M4/139
• 分類號: H01M4/139;H01M4/13
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于能源材料制備技術領域，具體是涉及一種鋰離子電池陽極材料包覆碳纖維的制備方法及產品。

背景技術

能源是社會和經濟發展的基礎，也是現代文明發展的原動力。進入21世紀，隨著煤炭、石油等不可再生能源的頻頻告急，解決能源危機已成為21世紀人類最具挑戰性的課題之一。尤其是在中國，近年來隨著汽車產業的高速發展，燃油汽車大量增加，在伴生交通堵塞、空氣污染等問題的同時，能源供需矛盾也更加突出，進一步加劇了能源危機。因此，降低汽車交通行業對燃油的依賴，發展包括電動車在內的新能源清潔汽車無疑是解決能源危機最迅捷的方式。

電動車包括電動汽車、電動摩托車、電動自行車、混合動力源電動車等。可用來作為動力源的電池主要有鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鎳鋅電池和鋰電池等，其中鋰電池又分為金屬鋰電池和鋰離子電池兩種，與其它系列電池相比，鋰電池擁有極大優勢，是未來電池領域發展的主流。尤其是鋰離子電池，具有能量密度大、平均輸出電壓高、自放電小、工作溫度范圍寬、循環性能優越、可快速充放電、充電效率高、輸出功率大、無記憶效應、使用壽命長等多種優點，且無環境污染，因此被譽為綠色電池。隨著鋰電池制造技術的日臻完善，鋰電池在電動車等領域取代其它系列電池已成必然。

鋰離子電池最關鍵的材料是正極材料，目前主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等，最有希望獲得產業化的鋰離子電池技術是以磷酸鐵鋰(LiFePO₄)為正極材料的鋰離子電池。為了提高正極材料的電子電導率以及綜合電性能，避免電解質對電極的侵蝕，通常要在電極材料表面包覆一層導電性能優良的物質，常用的包覆材料是金屬和碳，相對而言，在正極材料表面包覆碳具有更大的成本優勢。

目前，鋰離子電池陽極材料表面包覆碳的方法主要是通過摻混、球磨、噴射等過程先行吸附然后燒結碳化，常用的碳源有聚丙烯、聚乙烯醇、聚乙二醇及葡萄糖、蔗糖等糖類化合物。

然而，利用現有方法制備得包覆碳的材料依然存在一些缺陷，例如，經過一系列處理后，包裹的陽極材料容易受到損傷，影響導電性；或者，由現有方法制備得到的陽極材料成品振實密度不高，導電性能不高。例如，由于在充放電的過程中，Li⁺離子的反復脫出/嵌入，導致陽極材料顆粒易破裂，進而造成容量損失，因此，與簡單的覆碳工藝相比，在LiFePO₄顆粒表面包覆一層碳纖維保護層，無疑更能提高顆粒的強度，增加顆粒表面間的導電性，同時由于碳纖維導電的高效，可以降低碳纖維的使用量，從而提高振實密度。

發明內容

本發明提供了一種鋰離子電池陽極材料包覆碳纖維的制備方法，該方法簡單易行，避免了對陽極材料的損傷，提高了陽極材料成品的振實密度，改善了陽極材料的綜合導電性能。

本發明還提供了由上述方法制備得到陽極材料產品，該產品振實密度高，導電性能好。

一種鋰離子電池陽極材料包覆碳纖維的制備方法，包括：

(1)丙烯腈共聚物的制備：將包括丙烯腈的混合單體加入到溶劑中，攪拌，加入引發劑，加熱到75～85℃，反應完全后，得到丙烯腈共聚物原液；

(2)包覆有陽極材料的微膠囊初品的制備：將步驟(1)制備得到的丙烯腈共聚物原液加入到溶劑中，配置成工作液；將待處理的鋰離子電池陽極材料加入到工作液中，攪拌分散，向體系中加入水至體系中陽極材料微膠囊析出，沉降，過濾，洗滌后得到包覆有陽極材料的微膠囊初品；

(3)包覆有碳纖維的鋰離子電池陽極材料成品的制備：將步驟(2)得到的包覆有陽極材料的微膠囊初品在含體積百分比為1～10％的氧氣的空氣氛圍中，150～350℃條件下，對電池陽極材料表面的丙烯腈共聚物膠囊進行預氧化處理；將預氧化處理得到的產品在惰性氣體氛圍中，400～600℃條件下進行預碳化處理，然后升溫至600～1500℃，進行碳化處理，碳化處理完成后降溫得到包覆有碳纖維的鋰離子電池陽極材料。

優選的技術方案中，所述的步驟(1)中混合單體包括：

丙烯腈??????85.0％～95.0％

組分C???????5.0％～15.0％

所述的組分C包括甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯醛、丙烯酰胺和衣康酸中的一種或多種混合物。上述混合單體中也可包括其他常見的丙烯基單體。

綜合考慮反應成本以及反應效率，步驟(1)中，所述的溶劑、混合單體以及引發劑的加入的質量百分比為：

溶劑?????????69.0～89.0％

混合單體?????10～30％