[發明專利]中間相炭微球制備鋰離子電池負極材料的方法

有效

• 申請號: 201210292738.0
• 申請日: 2012-08-16
• 公開（公告）號: CN102862973A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 吳其修
• 申請（專利權）人: 廣東東島新能源股份有限公司
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;H01M4/1393;H01M4/587
• 代理公司: 深圳市中知專利商標代理有限公司 44101
• 代理人: 孫皓;林虹

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極材料的制備方法，特別是一種采用中間相炭微球制備鋰離子電池負極材料的方法。

背景技術

鋰離子電池商業化至今已有幾十個年頭，材料變化可謂日新月異，負極材料從人造石墨到中間相炭微球MCMB、天然石墨、合金材料、硬炭。每一種材料都在特定的應用領域中受到認可，而其中的MCMB碳更是橫跨多個領域而長盛不衰。

MCMB是一種具有極大開發潛力和應用前景的鋰離子電池負極材料，除具有石墨類碳負極的一般特性外，其在結構和形態方面也具有獨特的優勢：1)呈球狀結構，堆積密度大，可以實現緊密填充，制作體積比容量更高的電池；2)比表面積小，減少了充電時電解液在表面生成SEI膜副反應引起的不可逆容量損失，還可以提高安全性能；3)具有層狀分子平行排列結構，有利于鋰離子的嵌入與脫嵌；4)由于其特有的球形和穩定的內部結構，能滿足大電流充放電的要求。

MCMB具有高的質量比容量（約300mAh/g）和低的不可逆質量比容量（約20mAh/g），而低成本的石墨具有高的質量比容量（350mAh/g），但其不可逆質量比容量（約50mAh/g）比MCMB高出很多，同時顯示出較高的容量衰減率，這對要求長循環、高體積比能量的動力電池而言不太適合，且人造石墨和天然石墨活性較高，相對MCMB其化學副反應較多，熱穩定性和化學穩定性均不及MCMB負極。

然而，MCMB作為負極材料也存在一些不足：MCMB石墨化處理能耗高，在石墨化處理過程中，表面石墨化程度較高，導致其與電解質溶液的相容性差，阻礙了鋰從表面擴散進入炭微球內部，使大部分晶體無法快速進行嵌脫鋰的反應。

發明內容

本發明的目的是提供一種中間相炭微球制備鋰離子電池負極材料的方法，要解決的技術問題是降低能耗，并使中間相炭微球負極材料與電解質溶液相容性好。

本發明采用以下技術方案：一種中間相炭微球制備鋰離子電池負極材料的方法，將中間相炭微球與壓縮空氣形成霧狀，噴入等離子區域，溫度為2800～3500℃，經微秒級的時間，在非氧化氣氛下，中間相炭微球被碳化，收集固態蜂窩狀的灰黑色碳化物粉末；所述等離子槍或等離子炬的軸線與噴槍的軸線夾角為0＜夾角＜90°，壓縮空氣壓力為2～3kg/cm²，等離子槍或等離子體炬的功率為60~180kW，中間相炭微球流量為0.1～2kg/min。

本發明的等離子區域溫度為3000～3200℃或3000℃。

本發明的等離子槍或等離子炬的軸線與噴槍的軸線夾角為15°≤夾角≤60°、20°≤夾角≤45°、25°≤夾角≤30°或30°。

本發明的壓縮空氣壓力為2.1～2.9kg/cm²或2.2kg/cm²。

本發明的中間相炭微球流量為0.2～1.6kg/min，

本發明的中間相炭微球流量為0.4～1.1kg/min，

本發明的中間相炭微球流量為0.5～0.6kg/min。

本發明的方法將碳化物粉末放入化學氣相沉積爐中，充入氮氣，流量為0.5~1.5L/min.M³，以10～20℃/min的升溫速度，升溫至600～750℃后，充入乙炔氣體，流量為2～4L/min.M³，時間1~3h后停止充入乙炔氣體，爐內自然降溫至室溫，得到中間相炭微球的鋰離子電池負極材料。

本發明的氣相沉積溫度為700℃，時間為2h。