[發明專利]鋰離子動力與儲能電池用負極材料及其制備方法和電池

有效

• 申請號: 201410171315.2
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN103943860A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 和百正;郭愛霞;和明剛
• 申請（專利權）人: 焦作聚能能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務所(普通合伙) 41117
• 代理人: 徐皂蘭

技術領域

本發明屬于鋰電池制備工藝領域，尤其涉及鋰離子動力與儲能電池用負極材料及其制備方法和電池。?

背景技術

負極材料是鋰離子電池的主要組成部分，其性能的優劣影響到電池的循環性能、倍率性能及其電池的一致性。目前市場上所用的負極材料主要是通過瀝青、石油焦、酚醛樹脂等包覆而成，其制備材料具有比表面積小、吸液能力差、包覆一致性差、倍率性能一般等缺陷，影響到負極材料性能的進一步提升。雖然研究者(專利CN102169988A)通過石墨與瀝青混合、交聯反應、高溫氧化等一系列過程制備出具有多孔結構碳材料包覆層的復合石墨材料，雖然在克容量發揮、首次效率及其吸液能力方面得到提升，但是多孔的結構存在壓實密度低、倍率性能差及其一致性較難控制等缺陷。?

針對以上負極材料在改性方面存在的不足，需要開發出一種吸液保液強能力、倍率性能強、壓實密度高及其循環性能好的高性能負極材料以滿足市場的需求，并可以廣泛應用于動力電池及其儲能領域。?

發明內容

本發明的目的是提供鋰離子動力與儲能電池用負極材料及其制備方法和電池，本發明基于目前負極材料改性存在的不足，首先配置粘結劑與催化劑混合溶液，并將與不同結構的石墨類材料混合均勻，形成不同石墨結構類型，且結合緊密的石墨混合體；之后通過Friedel-Crafts交聯反應制備出多孔包覆碳材料，并對石墨混合體進行包覆、碳化、粉碎等處理，最終制備出壓實密度高、吸液能力強、倍率性?能優異及其循環性能好的負極材料。?

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：?

鋰離子動力與儲能電池用負極材料，通過下法得到：將催化劑、粘結劑和溶劑配置成溶液后攪拌，添加石墨并混合均勻后干燥，然后粉碎制備出混合材料；制備瀝青基多孔包覆碳材料；將上述混合材料和瀝青基多孔包覆碳材料與活化劑混合進行活化，再經過碳化及石墨化處理即得所述負極材料。?

鋰離子動力與儲能電池用負極材料的制備方法，制備方法如下：將催化劑、粘結劑和溶劑配置成溶液后攪拌，添加石墨并混合均勻后干燥，然后粉碎制備出混合材料；制備瀝青基多孔包覆碳材料；將上述混合材料和瀝青基多孔包覆碳材料與活化劑混合進行活化，再經過碳化及石墨化處理即得所述負極材料。?

優選的，混合材料的制備方法如下：按質量比為1～5∶1～20∶20～50∶100取催化劑、粘結劑、石墨和二次蒸餾水，將催化劑、粘結劑和二次蒸餾水制成溶液，攪拌后添加石墨并混合均勻，然后經干燥、粉碎即得混合材料。?

優選的，所述的催化劑為鐵、鈷、鎳及其氯化物的一種或幾種的組合，催化劑粒徑為50-300μm；粘結劑為LA132。?

優選的，所述的石墨為由球狀結構、纖維狀結構、片狀結構組成人造石墨復合材料，其質量配比為球狀∶纖維狀∶片狀＝1∶0.1～1∶0.1～1。?

優選的，所述的瀝青基多孔包覆碳材料制備方法如下：?

按0.1～10g∶3～50g∶100～400ml∶200～500ml取瀝青、無水三氯化鋁、無水四氯化碳和1.0mol/L的乙醇溶液，?

將瀝青加入無水四氯化碳中，攪拌至瀝青完全溶解得到瀝青基四氯化碳溶液；將無水三氯化鋁置于反應容器中，加入無水四氯化碳，回流溶解后，加入瀝青基四?氯化碳溶液，并在攪拌條件下加熱回流進行Friedel-Crafts反應；之后加入乙醇溶液終止Friedel-Crafts反應，過濾得到固體產物，經洗滌、過濾和干燥后，將所得產物在氮氣環境下進行碳化，時長12h，溫度以3℃/min的升溫速率升至900℃，氮氣的流速為500ml/min；碳化后即得瀝青基多孔包覆碳材料。?

優選的，所述的活化劑為1.0mol/L的NaOH溶液，混合材料、瀝青基多孔包覆碳材料和活化劑的配比為100g∶50～100g∶100～500ml。?

優選的，所述的碳化及石墨化的處理的步驟為：將經過活化后所得產物干燥后，在氮氣環境下，以3～20℃/min的升溫速度加熱至100～160℃，并在60～100轉/min的轉速下攪拌0.5～20h，然后以4℃/min的升溫速度加熱至300～500℃后恒溫脫水20～40min，然后升溫至800～850℃后活化60～100min，最后升溫到2500℃進行石墨化1～24h，然后在氮氣環境下冷卻至室溫。?