[發明專利]一種鋰離子電池復合負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201210172990.8
• 申請日: 2012-05-30
• 公開（公告）號: CN102683646A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 買少輝;何喆
• 申請（專利權）人: 焦作聚能能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/1393
• 分類號: H01M4/1393
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 牛愛周

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池復合負極材料的制備方法，屬于無機材料制備技術領域。

背景技術

鋰離子電池是近幾年發展起來的一種新型電池，而負極材料又是影響電池性能的關鍵因素，尤其是電池的循環、倍率等性能。而傳統制備負極材料原材料主要是石油焦、針狀焦，之后經過粉碎、分級、碳化甚至石墨化得到的負極材料，具有循環好、倍率性能差等特點，如專利CN1691374A公開了一種制備人造石墨的方法，其制備出的材料具有循環性能好、倍率性能差等缺點。

而硬碳是碳材料的一種并由于具有比容量高、首次不可逆容量大、倍率性能好等特性，而硬炭是鋰離了電池最初所用負極材料，如糠醛樹脂熱分解產物、酚醛樹脂熱分解產物、炭黑等，具有可逆容量低，首次效率低，放電電壓低等缺點，但其同時具有優異的倍率和循環性能以及低溫特性。為了改善人造石墨倍率性能差的問題，在石墨表面包覆一層樹脂類高分子熱解炭，既能阻止電解液中溶劑分子的共插入，提高倍率性能和循環性能，但是樹脂包覆后的材料比表面比較大，導致首次效率偏低，不可逆容量大。

為了克服上述缺點，JP11246209公開了一種鋰離子電池用負極碳材料，采用石墨與硬碳混合，在瀝青中浸潤后分離瀝青，進行熱處理使瀝青碳化，在石墨和硬碳表面形成一定后度的瀝青炭化層，但是這種碳材料的穩定性較差，在高倍率充放點條件下，很難保持穩定的放電容量。

發明內容

本發明的目的是提供一種倍率型鋰離子電池復合負極材料，在高倍率充放電條件下保持較高的放電容量。

為了實現以上目的，本發明所采用的技術方案是：一種鋰離子電池復合負極材料的制備方法，包括如下步驟：

1）將粒徑D50為16～24μm石墨加入到含有水性粘結劑的水溶液中分散得到分散液A，其中水性粘結劑為LA132水性粘結劑、LA133水性粘結劑、LA135水性粘結劑中的一種，將粒徑D50為5～10μm硬碳加入到分散介質和水中分散得到分散液B，將分散液A和分散液B混合攪拌得到混合液，所述水性粘結劑：石墨：硬碳：分散劑的質量比為1：（0.1～1）：（0.1～1）：(0.1～100)；

2）將混合液進行靜電紡絲處理，在接收板上得到靜電紡絲產物；

3）將靜電紡絲產物研磨、干燥，在900～1000℃溫度下碳化1～24小時，采用50～200目篩網進行篩分，得到鋰離子電池復合負極材料。

其中所述分散液A和分散液B中的加水量只要滿足均勻分散并具有流動性即可，在此沒有特殊限定，作為優化的方案分散液A中加水量為水性粘結劑重量的4～6倍，分散液B中加水量為硬碳重量的5～1000倍。

所述靜電紡絲處理的處理參數為：噴絲頭與接受板的距離為0.1～10cm，電噴絲的電壓為0.1～100KV，噴流速度為0.0001～10mL/S。

所述靜電紡絲處理的處理參數為：噴絲頭與接受板的距離為0.5～1.0cm，電噴絲的電壓為1～20KV，噴流速度為0.1～1mL/S。

步驟2）所述靜電紡絲處理中采用的接收板為石墨板。

步驟1）所述分散介質為十二烷基苯磺酸鈉。

步驟1）石墨加入到含有水性粘結劑的水溶液中的所述分散為球磨6～8小時。

步驟1）硬碳加入到分散介質中的所述分散為球磨6～8小時。

步驟1）所述分散液A和分散液B混合攪拌時間為6～8小時。

本發明鋰離子電池復合負極材料，是在石墨表面包覆水性粘結劑，之后添加分散均勻的硬碳在其石墨表面包覆，之后通過高溫灼燒使粘結劑分解炭化，得到具有多孔結構的石墨/硬碳復合負極材料。本發明的復合負極材料不僅利用了石墨化成效率高、循環性能優良的特點，又利用了硬碳克容量高、倍率性能好的優點，并利用了水性粘結劑高溫裂解生成的多孔結構，該多孔結構不僅提高材料的吸液能力，從而提高循環性能，而且多孔結構可以使電池在大倍率放電時，提高材料的穩定性。而且本實驗采用的電紡絲噴霧技術，可以形成結構緊密、穩定的復合材料。

電紡絲噴霧技術（靜電紡絲技術）是在電場作用下的紡絲技術，其工作原理是：將材料與分散劑的混合液加入到注射器中，然后通過置于液體中的金屬電極與電源連接，注射器噴口端的液體受到表面張力和電場力的共同作用；在電場的作用下溶液中的同性電荷被迫聚集在液滴表面，端部的溶液液滴由半球形逐漸變為錐形，當電場力超過表面張力帶電的液流會從噴口端射出，噴射到接收裝置的接收板上形成薄膜。