[發明專利]一種鋰離子電池石墨/碳復合負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201610054731.3
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN107017407B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 郭華軍;楊陽;李新海;王志興;彭文杰;胡啟陽
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H01M4/583
• 分類號: H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 43213 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 楊斌

本發明公開了一種鋰離子電池石墨/碳復合負極材料的制備方法：(1)將石墨、有機物和溶劑混合均勻、加熱攪拌形成漿料；然后對漿料進行混捏的同時并加熱至有機物軟化點之上保溫，冷卻、破碎研磨成粉末狀顆粒；(2)將粉末狀顆粒置于氬氣氣氛中進行低溫碳化；(3)將低溫碳化后的材料、有機物和溶劑混合均勻、加熱攪拌成漿料；然后對該漿料進行混捏的同時并加熱至有機物軟化點之上保溫，冷卻、破碎研磨成粉末狀顆粒；(4)將粉末狀顆粒置于氬氣氣氛中高溫碳化。本發明兩次將混合物的溫度加熱到有機物軟化點之上，使得有機物具有流動性，更加完全地與石墨接觸，從而使得有機物裂解后形成的碳包覆層均勻，進一步提高了電池的化學性能。

技術領域

本發明屬于電池材料領域，尤其涉及一種鋰離子電池石墨/碳復合負極材料的制備方法。

背景技術

隨著社會科技的迅速發展，人們對日常生活所用電子產品的要求越來越高。作為電子產品的電源，鋰離子電池從1990年日本索尼公司研發出第一代鋰離子電池并成功工業化生產后已經發展了20多年。鋰離子電池目前應用的領域主要有手機等移動電子設備、可攜帶電動工具；未來在新能源汽車和儲能電站等領域會有更大的需求，因此研究出適合社會發展需求的鋰離子電池越來越重要，而負極材料是決定鋰離子電池性能很重要的影響因素。

目前，科研人員對鋰離子電池負極材料進行了大量的基礎研究。硅基負極材料具有較高的理論比容量，與鋰形成合金Li_4.4Si的理論比容量可以達到4200mAh/g，而且硅的嵌鋰電位較低；但是硅材料在充放電過程中會產生巨大的體積效應，導致電極結構崩塌，容量迅速衰減，而且導電性差，導致硅材料在商業化應用上有很大的困難。目前商業化的鋰離子電池負極材料主要采用人造石墨和天然石墨。石墨材料在電池充放電過程中，擁有體積膨脹系數小，庫侖效率高以及良好的循環性能等優點，但是石墨材料為層狀結構，對有機電解液很敏感，兩者的相容性較差，會降低材料的首次充放電效率與循環性能。為改善石墨材料的電化學性能，通常使用使用瀝青等有機物進包覆，但是現有技術采用的液相及固相的制備方法中，有機物固體小顆粒與石墨在溶劑中未能分散均勻，會經常出現包覆不均勻的問題，導致石墨與電解液的接觸面積增大，降低材料的首次充放電效率與循環性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種能改善現有技術中包覆不均勻問題的鋰離子電池石墨/碳復合負極材料的制備方法。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

一種鋰離子電池石墨/碳復合負極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將石墨、有機物和溶劑混合均勻后，加熱并攪拌成固含量為90％～98％的漿料；對所述漿料進行混捏的同時并加熱至有機物軟化點之上(95～250℃)保溫，冷卻后破碎研磨成粉末狀顆粒；

(2)將步驟(1)獲得的粉末狀顆粒置于氬氣氣氛中加熱至150～500℃進行低溫碳化；

(3)將步驟(2)低溫碳化后得到的材料與有機物、溶劑混合均勻，然后加熱并攪拌成固含量為90％～98％的漿料；然后對該漿料進行混捏的同時并加熱至有機物軟化點之上(95～250℃)保溫，冷卻后破碎研磨成粉末狀顆粒；

(4)將步驟(3)獲得的粉末狀顆粒置于氬氣氣氛中加熱至700～900℃進行高溫碳化，即得到所述鋰離子電池石墨/碳復合負極材料。

上述的制備方法，優選的，所述有機物為蔗糖、葡萄糖、果糖、淀粉、酚醛樹脂和瀝青一種或幾種，有機物顆粒粒徑小于50μm，所述溶劑為酒精。

上述的制備方法，優選的，所述石墨為人造石墨或天然石墨中的一種，石墨粒徑為1～5μm。

上述的制備方法，優選的，所述步驟(1)中，石墨與有機物的質量比為75:25～97:3；更優選的，石墨與有機物的質量比為85:15～90:10。