[發(fā)明專利]一種鋰離子電池碳負極材料及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210309061.7
• 申請日: 2012-08-28
• 公開（公告）號: CN102832378A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳清國;權(quán)學(xué)軍;朱玉巧;徐中領(lǐng);張永學(xué)
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江瓦力新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰離子電池碳負極材料，也涉及該鋰離子電池碳負極材料的制備方法。

發(fā)明背景

鋰離子電池自上世紀(jì)90年代開始實用化以來，由于具有電壓高、能量密度大、循環(huán)性能好、自放電量小、無記憶效應(yīng)等突出優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于移動終端、數(shù)碼產(chǎn)品及便攜式移動設(shè)備、電動汽車和儲能電站等領(lǐng)域。但是，隨著新一代設(shè)備終端產(chǎn)品的誕生，目前鋰電材料特別是負極材料很難同時滿足其對循環(huán)性能和大功率充放電性能的要求。

目前所用的高性能負極材料主要是人造石墨和中間相炭微球，但成本較高。天然石墨因其成本優(yōu)勢一直受到廣泛關(guān)注，但其仍存在以下問題：(1)天然石墨具有完整的片層結(jié)構(gòu)，易與電解液中的小分子發(fā)生反應(yīng)造成材料粉化，且高石墨化程度會導(dǎo)致負極片表面形成的SEI膜不穩(wěn)定，影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性。(2)大電流充放電性能、低溫條件下使用性能差。目前對天然石墨的改性大多是在其表面包覆一層有機物裂解碳，卻很難形成完整的核殼結(jié)構(gòu)，也很難同時滿足對材料大功率充放電和高循環(huán)的要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決天然石墨的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種新的高性能負極材料的制備工藝。在保證循環(huán)性能的同時，有效提高其大電流充放電性能和較低溫度條件下的使用性能。

一種鋰離子電池碳負極材料，包括核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒，所述核-殼結(jié)構(gòu)復(fù)合顆粒包括基體、基體包覆層及鑲嵌在基體和基體包覆層中的碳納米管；所述基體為天然石墨，所述天然石墨的平均粒徑為6～30μm，層間距d₀₀₂為0.3353～0.3354nm；所述基體包覆層為有機物熱解碳包覆層，所述有機熱解碳包覆層的包覆厚度為50～300nm；所述碳納米管的平均直徑為10～100nm、平均長度為20～2000nm。

本發(fā)明的第二個目的是提供一種鋰離子電池碳負極材料的制備方法。

一種鋰離子電池碳負極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將有機熱解碳包覆層原料與溶劑混合，加熱熔融，再加入碳納米管，形成均一的分散體系；

(2)向步驟(1)產(chǎn)物中加入天然石墨，形成懸濁液體系；

(3)將步驟(2)產(chǎn)物進行干燥，再進行破碎、造粒處理；

(4)將步驟(3)產(chǎn)物在非氧化氛圍中依次進行去除小分子、有機熱解碳裂解自由基化、熱聚合、高溫碳化、微晶化處理。

本發(fā)明負極材料的不可逆比容量低，循環(huán)穩(wěn)定性好，大電流充放電性能佳、低溫性能優(yōu)良。本發(fā)明工藝簡單，全封閉反應(yīng)、溶劑可循環(huán)利用，零污染物排放，綠色環(huán)保，可進行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為實施例1所制備的高性能核-殼結(jié)構(gòu)碳復(fù)合材料的晶體衍射圖(采用Cukα靶輻射，2θ＝26°)；

圖2為實施例1所制備的高性能核-殼結(jié)構(gòu)碳復(fù)合材料的SEM圖。

具體實施方式

實施例1

原料配方如下：

天然石墨：100.0g(球形石墨，電池級)，平均粒徑為6～30μm，層間距d₀₀₂為0.3353～0.3354nm；有機熱解碳原料：4.0g軟化點為110℃的石油瀝青，高純；

溶劑：90.0g工業(yè)級萘；碳納米管：5g(電池級，漿料，油系20％濃度)，平均直徑為30～100nm、平均長度為80～400nm、

制備方法如下：

(1)取萘晶體，加入特制的密封型不銹鋼燒杯中，140℃導(dǎo)熱硅油油浴加熱、攪拌，待其溶解后，加入高軟化點石油瀝青，300r/min攪拌分散溶解5min，然后加入碳納米管，攪拌分散5min；

(2)加入天然石墨粉末，攪拌分散2h；

(3)升溫至220℃攪拌并蒸干溶劑、破碎塊狀物料，過200目篩；

(4)將物料在濃度為99.99％的氮氣保護下，管式爐中燒結(jié)。升溫曲線如下：5℃/min從室溫升到400℃，并保溫2h；再以2℃/min升溫至600℃，保溫2h；然后以2℃/min升溫至850℃并恒溫3h；最后以5℃/min升溫至1230℃，保溫5h。自然冷卻至室溫，過300目篩。

最后制得復(fù)合型碳負極材料，記作A1。

實施例2

與實施例1所不同的是：用“10.0g軟化點為110℃的石油瀝青”代替“4.0g軟化點為110℃的石油瀝青”。

其他步驟同實施例1。最后制得的碳負極材料，記作A2。

實施例3：