[發明專利]一種電動車用新型高倍率改性炭復合材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201210269812.7
• 申請日: 2012-08-01
• 公開（公告）號: CN102779987A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 葉濤;蔡奉翰;曲洪財;單秉福;常正笑;賈東鎮;姜愛潔;王麗瓊
• 申請（專利權）人: 遼寧弘光科技（集團）有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 俞魯江

技術領域：

本發明屬于電動車用電池材料領域，更具體地說，是涉及一種電動車用新型高倍率改性炭復合材料及其制備方法。

背景技術：

為了應對節能減排和石油資源日漸匱乏的雙重壓力，大多數國家都將發展新能源汽車視為振興本國汽車產業和節能減排的最重要途徑，因這樣一來，混合動力車和電動汽車走俏，車用鋰電池成全球當前的研究熱點。因為車用鋰離子電池具有使用壽命長（1000-2000次）、電壓高、體積小（比Ni-MH電池小30%）、品質輕、比能量高（比Ni-MH蓄電池高1倍）等方面的優點，與和Ni-MH電池相比，鋰離子動力電池完全適合電動轎車起動時需要短時間（幾秒）的大電流放電、加速爬坡時的快速放電以及長的續駛能力，因此鋰離子動力電池替代鉛酸電池和Ni-MH電池應用于電動車有望實現長距離、高壽命、高效率的目標。

但是，在車用鋰二次電池中，材料的突破更是至關重要。商用鋰離子電池的生產中負極仍以普通石墨類材料為主。普通石墨作為車用動力鋰離子電池負極材料，不僅它的可逆容量低，而且它的高倍率充放電性能差，在電解質中的循環穩定性能也表現較差。最近經過大量研究發現，把普通炭素材料經過改性與復合處理，不僅能較大地提高材料的高倍率充放電性能，還能很好地提高電極的循環性能。

迄今為止，大多車用動力鋰離子電池負極材料研究都沒有徹底地解決好材料的大倍率充放電性能和循環穩定性能，他們的研究主要集中在炭素材料的包覆改性上，包覆改性類炭素材料很難解決好材料的大倍率充放電性能和循環穩定性能，這類材料只能應用在小型電動工具上，在電動車上應用受到了很大的限制，尤其是在電動車啟動和上下坡時表現出的問題很難解決。我們是利用新型炭材料將其進行納米粉體化后再進行復合改性，這樣不僅解決了材料的大倍率充放電性能，還解決了材料的循環穩定性能。與本發明很接近的現有技術如下：

中國專利第200410015219.5號中所公開的一種改性石墨電池負極材料及其制備方法；J.Power?Sources81-82（1999）368-378報道了在石墨表面通過真空鍍上一層金屬膜：Ag、Au、Bi、In、Pb、Pd、Sn、Zn等；中國專利第1810718A號中所公開的一種鋰離子電池負極高性能結構炭及其制備方法和用途，它是以中間相炭微粉為主混合納米材料后定型改性的碳負極材料。

然而，在普通炭素材料表面進行金屬膜包覆，雖能改善首次放電效率和循環性能，但根本不能徹底解決大倍率充放電性能的問題，因為金屬膜渡在普通炭素材料表面只能提高石墨的可逆容量，改善導電性能，但是其操作方法工藝復雜，難以控制鍍層厚度，不易產業化；使用中間相炭微粉為主混合納米材料后定型改性的碳負極材料，在大多情況下不是加工性能差就是與電解液的相容性能不好，導致材料一致性不好；還有以新型導電炭材料為核，無定型的高分子裂解碳為殼的炭負極材料雖然與電解液的相容性能很好，但由于表層為納米級孔洞，這樣會導致材料比表面積過大，會造成不可逆容量的增加，首次效率降低，還會使材料的循環穩定性變差。

發明內容：

本發明就是針對上述問題，提供了一種種充放電性能好的電動車用新型高倍率改性炭復合材料及其制備方法。

為了實現本發明的上述目的，本發明采用如下技術方案。

其由普通炭素粉體材料、納米粉體材料和儲能材料組成，三種材料的重量比依次為5~10：1.0~4.0：?0.1~2.0。

所述的普通炭素粉體材料為石油焦、針狀焦、瀝青焦、中間相碳微球、高純微晶石墨、等靜壓石墨、天然石墨粉中的一種以上。

所述普通炭素粉體材料的固定碳量為95.0%~99.999%，粒度要求D50=3~20um，D90=8~45um，振實密度為0.6～1.4g/cc，比表面積為0.6～10.0?m2/g。

所述的納米粉體材料為納米碳纖維、碳納米管、聚丙烯纖維、線型木炭粉、氣相生長炭纖維、瀝青基纖維粉、石墨烯、超導炭黑、乙炔黑中的一種以上。

所述的納米粉體材料固定碳量95.0%~99.999%，振實密度為0.05～0.4g/cc。

所述的儲能材料為聚糠醛熱解炭、乙炔黑微孔碳、酚醛樹脂熱解炭、脲醛樹脂、苯酚糠醛、橡膠熱解炭、聚氯乙烯熱解微孔炭、ABS樹脂改性炭、丙烯酸樹脂、三聚氰胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、有機硅樹脂熱解炭、聚氨酯中的一種以上，材料粒度要求D90為3.0～8.0um，容量為280～580mAh/g。

其制備過程依次為原料制備、熱壓成型、低溫熱處理、改性處理、中溫炭化、石墨化和后期處理。

具體的制備步驟為，