[發明專利]一種鋰離子電池石墨負極材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710461050.3
• 申請日: 2015-05-22
• 公開（公告）號: CN107221661A
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 許婷
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本申請為申請號：2015102660462，申請日：2015年05月22日，發明名稱：一種多孔石墨摻雜與碳包覆石墨負極材料的制備方法的分案申請。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池負極材料，具體涉及一種鋰離子電池石墨負極材料的制備方法。

背景技術

隨著汽車行業的發展，石油、天然氣等不可再生石化燃料的耗竭日益受到關注，空氣污染和室溫效應也成為全球性的問題。為解決能源問題，實現低碳環保，基于目前能源技術的發展水平，電動汽車技術逐漸成為全球經濟發展的重點方向，美國、日本、德國、中國等國家相繼限制燃油車使用，大力發展電動車。作為電動汽車的核心部件——動力電池也迎來了大好的發展機遇。動力電池是指應用于電動車的電池，包括鋰離子電池、鉛酸電池、燃料電池等，其中，鋰離子電池因具有比能量高、比功率大、自放電少、使用壽命長及安全性好等優點，已成為目前各國發展的重點。

鋰離子電池作為性能卓越的新一代綠色高能電池，其具有高電壓、能量密度大、循環性能好、自放電小、無記憶效應、工作溫度范圍寬等顯著特點。現在的鋰離子電池電極材料正極材料主要為LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn₂O₄等。Co系毒性較大，Ni系合成條件苛刻，Mn系Jahn-Teller 效應循環性能不好。LiFePO₄被公認為是下一代鋰離子電池中比較有應用前景的正極材料之一。然而，負極的安全性則往往被人們忽視，目前鋰離子電池負極材料主要是碳材料。

而作為鋰離子電池負極材料的石墨類材料具有較低的鋰嵌入/脫嵌電位、合適的可逆容量且資源豐富、價格低廉等優點，是比較理想的鋰離子電池負極材料。但它也存在首次放電效率低、循環性能差、對電解液選擇性高等缺點，使石墨材料應用受到限制。為了解決石墨材料的上述缺點，人們通過各種方法對石墨進行改性處理，目前通常采用的方法是碳包覆法。楊瑞枝等在《樹脂炭包覆石墨作為鋰離子電池負電極的研究》（《無機材料學報》，2000,15（4）：712—718）中以液相浸漬法在天然鱗片石墨表面包覆酚醛樹脂，運用恒流充、放電，粉末微電極循環伏安法考察了充、放電性能。實驗結果表明，經熱處理的酚醛樹脂炭包覆石墨材料的放點容量較高，循環壽命較長，可作為高性能鋰離子電池的負極材料。何明等在《樹脂碳包覆微晶石墨的制備及其電化學性能》（《電池》，2003,3（5）：281—284）中在天然微晶石墨顆粒表面包覆一層樹脂碳，包覆處理可以降低天然微晶石墨的首次不可逆容量，采用先混合然后分散的方法包覆石墨，內部為天然微晶石墨，外部為1～2μm的酚醛樹脂熱解碳層。鋰離子實驗電池測得天然微晶石墨的不可逆容量為14%，包覆石墨的不可逆容量為7%。包覆處理能夠很大程度上降低天然微晶石墨的不可逆容量。陳猛等在《瀝青包覆天然石墨的制備及性能研究》（《電池工業》，2007,12（5）：298—302）采用液相包覆法，將瀝青裂解碳包覆在天然球形石墨上，以改善其循環性能。實驗結果表明，天然石墨經瀝青包覆后，不可逆容量損失從125.5mAh/g減少到了32.5mAh/g，比容量從290.8mAh/g提高到了365.3mAh/g，50次循環后的容量保持率從55.4%提高到了93.66%，有效改善了天然石墨的循環性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種鋰離子電池石墨負極材料的制備方法，目的在于解決石墨高倍率充放電性能差和抗電解液有機溶劑相容性差等問題，提高充放電的循環性能。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種鋰離子電池石墨負極材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）配置濃度為1～12 mg/mL的高錳酸鉀水溶液，加入石墨進行氧化造孔，洗滌烘干，得到多孔石墨；

（2）按照多孔石墨：石墨=（0.02～0.1）：1的比例，同時石墨重量的5～20%的比例加入一定量的碳前驅體，混合均勻，得到多孔石墨和石墨以及碳前驅體復合粉體；

（3）在惰性氣體保護下，將步驟(2)中的復合粉體以2～10℃/min升溫加熱至700～950℃，并持續3～20小時，即得到鋰離子電池石墨負極材料。

步驟（1）中的石墨為天然石墨，粒徑D50≤5μm，比表面積≥10m²/g。

步驟（2）中的石墨為人造石墨或天然石墨，粒徑D50介于5～25μm，比表面積≤6m²/g，振實密度≥0.7g/cm³。