[發(fā)明專利]改性鋰離子電池石墨負(fù)極材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410168843.2
• 申請(qǐng)日: 2014-04-24
• 公開（公告）號(hào): CN103928684A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊茂萍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥國(guó)軒高科動(dòng)力能源股份公司
• 主分類號(hào): H01M4/587
• 分類號(hào): H01M4/587;H01M4/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電化學(xué)材料和新能源領(lǐng)域，具體是涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料，特別是涉及一種改性鋰離子電池石墨負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來，隨著新能源汽車的快速發(fā)展，高功率、高容量、長(zhǎng)循環(huán)壽命的鋰離子電池已經(jīng)成為世界各國(guó)競(jìng)相開發(fā)的熱點(diǎn)。作為鋰離子電池的四大主材之一的負(fù)極材料，目前商品化大規(guī)模使用的主要是石墨負(fù)極材料。

石墨負(fù)極主要包括天然石墨和人造石墨兩大類。天然石墨具有理想的層狀結(jié)構(gòu)，有較高的嵌鋰能力，但其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易造成溶劑分子的共嵌入，使其在充放電過程中層片脫落，導(dǎo)致電池的首次效率、循環(huán)性能和安全性能受到影響。人造石墨大多形狀不規(guī)則，振實(shí)密度低，比表面積大，材料加工性能較差，首次充放電效率低。基于以上石墨負(fù)極材料存在的問題，長(zhǎng)期以來，提高石墨負(fù)極的比容量、減少首次不可逆容量，改善循環(huán)穩(wěn)定性，提高快速充放電性能一直是業(yè)界研發(fā)的重點(diǎn)。

為了克服石墨負(fù)極材料性能的不足，目前一般對(duì)石墨進(jìn)行改性處理。主要包括包覆法和表面修飾法。包覆法為在石墨外層包覆一層無定形碳(大多采用酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂等)制成具有“核-殼”結(jié)構(gòu)的碳復(fù)合材料；表面修飾法通過化學(xué)反應(yīng)將石墨表面活性高的位置去除，達(dá)到修飾表面的目的，或通過引入其他物質(zhì)均勻分布在石墨顆粒表面使表面均一。

公開號(hào)為CN102214817A的中國(guó)專利文獻(xiàn)采用化學(xué)氣相沉積法在碳基導(dǎo)電材料上先后包覆納米硅和納米碳，制備了硅碳復(fù)合材料，結(jié)構(gòu)完整，電性能優(yōu)異。但是制備成本高，周期長(zhǎng)，效率低。

公開號(hào)為CN101153358A的中國(guó)專利文獻(xiàn)首先在納米級(jí)硅粉表面形成導(dǎo)電膜，然后將硅粉包覆于球形石墨表面，炭化后再包覆瀝青，最后二次炭化處理得到硅碳納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的負(fù)極材料。但是納米級(jí)硅粉活性非常高，容易團(tuán)聚，很難均勻包覆于石墨負(fù)極材料的表面。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的之一是提供一種改性鋰離子電池石墨負(fù)極材料，本發(fā)明的另一目的是提供該改性鋰離子電池石墨負(fù)極材料的制備方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種改性鋰離子電池石墨負(fù)極材料，其石墨負(fù)極材料的表面包覆有Ti₂SiC₂導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

為了實(shí)現(xiàn)上述另一目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：改性鋰離子電池石墨負(fù)極材料的制備方法，包括混合法，制備方法步驟如下：

1)、按照摩爾比Ti：Si：C＝3：0.8～2：500～3500稱取鈦源、硅源和石墨，在惰性氣體保護(hù)下，添加分散劑并進(jìn)行球墨或超聲混合處理，干燥制得干燥料；

2)、將步驟1)所獲得的干燥料在氫氣和惰性氣體混合氣氛保護(hù)下升溫至1400～1550℃保溫1～3h，然后降溫至1200～1400℃保溫4～6h，最后冷卻至室溫即可。

作為上述改性鋰離子電池石墨負(fù)極材料的制備方法的進(jìn)一步優(yōu)選，

所述步驟1)中的鈦源為鈦酸丁酯或四氯化鈦；所述步驟1)中的硅源為單質(zhì)硅粉末；所述步驟1)中的分散劑為含CMC或PEG的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5～3.0％的無水乙醇溶液；所述步驟1)中的干燥處理是在80～150℃溫度條件下真空干燥；所述步驟1)和2)中的惰性氣體為氮?dú)狻鍤狻⒑庵械囊环N或多種的混合氣體；所述步驟2)中的氫氣和惰性氣體混合氣氛中的氫氣的體積百分含量為1～5％；所述步驟2)中的升溫至1400～1550℃的升溫速率為2～10℃/min，降溫為自然冷卻。

本發(fā)明的改性鋰離子電池石墨負(fù)極材料及其制備方法，其有益效果表現(xiàn)在：

1)、改性鋰離子電池石墨負(fù)極材料，表面光滑，表面性質(zhì)均一，具有較高的電子導(dǎo)電率。

2)、改性鋰離子電池石墨負(fù)極材料，其表面包覆層(Ti₂SiC₂)的形成有效降低了石墨負(fù)極與電解液的直接接觸，降低了電解液的侵蝕。

3)、改性鋰離子電池石墨負(fù)極材料，其鈦硅碳(Ti₂SiC₂)表面包覆層化學(xué)穩(wěn)定性好，導(dǎo)電性好，在反復(fù)的充放電過程中可有效保持晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且導(dǎo)電性得到明顯提升。

4)、改性鋰離子電池石墨負(fù)極材料，其首次庫倫效率、倍率性能和循環(huán)性能均得到了明顯提升。

5)、改性鋰離子電池石墨負(fù)極材料的制備方法，工藝過程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，在鋰離子電池領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

附圖說明