[發(fā)明專利]一種鋰離子電池改性軟碳負(fù)極材料及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410855276.8
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104852049A
• 公開（公告）日: 2015-08-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭建;張聯(lián)齊;周恩婁;張楠
• 申請（專利權(quán)）人: 常州益輝新能源科技有限公司;江南石墨烯研究院
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/587;H01M4/62;H01M4/133
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 李麗萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池負(fù)極材料領(lǐng)域，具體涉及一種新型高容量改性軟碳負(fù)極材料及其制備方法

背景技術(shù)

目前，商品化鋰離子電池負(fù)極材料主要為石墨類碳材料，如人造石墨、天然石墨和中間相碳微球等。然而，石墨類負(fù)極材料因其比容量較低(372mAh/g)、大倍率充放電性能不佳和鋰沉積帶來的安全性問題使其較難跟上電子設(shè)備小型化、車用及電動工具用鋰離子電池大功率、高容量等需求的步伐，因而需要研發(fā)可替代當(dāng)前石墨類材料的高能量密度、高安全性能、長循環(huán)壽命且可大倍率充放電的新型鋰離子電池負(fù)極材料。

軟碳是指易石墨化的碳，在2500℃以上的高溫下能石墨化的無定形碳。軟碳的結(jié)晶度(即石墨化度)低，晶粒尺寸小，晶面間距(d002)較大，與電解液的相容性好，輸出電壓較低，從而具有循環(huán)性能、倍率性能、安全性能及高低溫性優(yōu)勢，因此軟碳是制備高安全性鋰離子動力電池負(fù)極極具潛力的動力負(fù)極材料。目前市場上較為成功的動力軟碳負(fù)極材料，主要存在首效、容量低(220mA/g)的問題，無法進(jìn)入大規(guī)模商品化階段，國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域仍處于中試階段，尚未有產(chǎn)業(yè)化相關(guān)的報(bào)道。因此，開發(fā)一種高容量、高首次充放電效率、同時具備優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能軟碳類負(fù)極材料是所屬領(lǐng)域的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種新型高容量鋰離子電池改性軟碳負(fù)極材料，所述改性軟碳負(fù)極材料由于在軟碳材料內(nèi)部摻雜了高導(dǎo)電性的石墨烯材料同時在表層包覆了一層石墨烯基高導(dǎo)電率碳包覆層，因此該種改性軟碳材料具有高容量和高首次充放電效率，同時具備優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能。

本發(fā)明一種鋰離子電池改性軟碳負(fù)極材料，在軟碳粉末顆粒內(nèi)部摻雜石墨烯粉末顆粒，同時，石墨烯粉末顆粒分散負(fù)載于所述軟碳粉末顆粒表層的納米包覆材料涂層中形成納米導(dǎo)電碳層。其中，所述軟碳粉末顆粒的粒徑為1～30μm。所述納米包覆材料涂層的厚度為10nm～500nm，含量為0.01～2wt％。

本發(fā)明提出的上述鋰離子電池改性軟碳負(fù)極材料的制備方法，包括以下步驟：

步驟一：按照石墨烯材料與軟碳原料比例為0.1～2wt％，將軟碳原料與石墨烯材料在溶劑中混合攪拌均勻，在砂磨機(jī)中進(jìn)行研磨至石墨烯材料與軟碳原料的粒度均達(dá)到0.3um～4um后于保護(hù)氣氛中在300～1300℃間，預(yù)燒1～24h，自然冷卻至室溫，得到預(yù)燒后的軟碳材料；

步驟二：將溶劑、粘結(jié)劑及導(dǎo)電劑按照質(zhì)量比為(1～10)：(0.01～1)：(0.01～1)在高速分散釜中混合1～10h；

步驟三：將步驟一預(yù)燒后的軟碳材料過篩200-1000目篩后，按照預(yù)燒后的軟碳材料與溶劑、粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑的質(zhì)量比例為1:(1～10)：(0.01～1):(0.01～1)加入到所述高速分散釜中攪拌1～10h后在真空干燥箱中80～150℃下烘干4～12h，得到粉末狀產(chǎn)物；

步驟四：將步驟三得到的粉末過1000目篩后放入焙燒爐中，通入保護(hù)氣體后以4-8℃/min的速率升溫至600～1150℃間，保溫1～24h，自然冷卻至室溫，得到改性軟碳負(fù)極材料。

進(jìn)一步講，步驟一中，所述軟碳原料為石油焦、石油系針狀焦、煤系針狀焦、非石墨化中間相碳微球中的任意一種或至少兩種的組合。

步驟一和步驟二中，所述溶劑為水、乙醇、乙醚、丙酮、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸、異丙醇、乙二醇丁醚、四氫呋喃、苯、甲苯、二甲苯和二甲基甲酰胺中的任意一種或至少兩種的組合。

步驟二中，所述粘結(jié)劑為溶于水或有機(jī)溶劑的具有粘結(jié)性能的物質(zhì)，包括：蔗糖、葡萄糖、甲基纖維素、聚乙烯醇、聚乙二醇、酚醛樹脂、聚乙烯基吡咯烷酮、環(huán)氧樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯和聚丙烯腈中的任意一種或至少兩種的組合。

步驟二中，所述導(dǎo)電碳材料為石墨烯材料與SP、KS6、鍍鎳碳納米管中的一種或多種混合物，其中，石墨烯材料所占比例為30～50wt％。

其中，所述保護(hù)氣氛為氮?dú)狻鍤狻⒛蕷狻⒑庵械囊环N或多種混合。

本發(fā)明制備得到的改性軟碳材料用于鋰離子電池的負(fù)極材料。

由于本發(fā)明使用的石墨烯摻雜劑導(dǎo)電碳材料包覆的方法大幅度提高了軟碳材料的鋰離子嵌入脫嵌速度，使得該種改性材料具有高容量和高首次充放電效率，同時具備優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1制備得到的改性軟碳材料的SEM圖；

圖2是圖1中的局部放大圖；