[發明專利]一種鋰離子電池用電池負極與導電劑材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710930859.6
• 申請日: 2017-10-09
• 公開（公告）號: CN107623105A
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 李棟;雷超;賴華;關良杰;姚文俐;李之鋒;鐘盛文;梁彤祥
• 申請（專利權）人: 江西理工大學
• 主分類號: H01M4/1393
• 分類號: H01M4/1393;H01M4/583
• 代理公司: 新余市渝星知識產權代理事務所(普通合伙)36124
• 代理人: 廖平

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料制備領域，涉及一種鋰離子電池用電池負極與導電劑材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池具有工作電壓高、能量密度大、比容量高以及可快速充放電等突出優點，目前被廣泛應用于移動電話、筆記本電腦、便攜式測試儀等電子裝置；隨著大容量鋰離子電池的研制成功，鋰離子電池在動力電池汽車與航天等領域得到廣泛的應用與關注。然而，高的鋰離子電池價格成為制約動力電池發展和推廣的瓶頸。作為鋰離子電池的重要組成負極，目前常用的材料有碳、Li₄Ti₅O₁₂、硅基、合金負極等，其中由于碳負極價格相對低廉、對鋰電壓低、循環前后體積變化小等優勢，大量應用于高密度儲能電池和功率型動力電池中。

通過人工合成方法制備多孔碳由于其工藝復雜，成本高，孔徑分布相對單一，且其多由導電性欠佳的無定型碳構成，無法滿足需要良好導電的鋰離子電池應用領域。而生物質材料由于其可觀的比表面積，穩定的物理化學性質，為物質的傳送提供了有效的通道，使其成為鋰離子電池電極重要的功能材料。

發明內容

本發明的目的是在于提供一種鋰離子電池用電池負極與導電劑材料的制備方法，該方法以芋頭莖、稻殼、荷葉干、西瓜藤、花生殼等生物質為原料，充分合理利用了資源豐富的生物廢棄物，制備出的導電炭材料具有良好的導電三維通道。采用其導電炭作為導電劑表現出優于傳統導電劑的導電特性；作為負極材料具有高的放電比容量、倍率性能和循環壽命。

本發明采用的技術方案如下：一種鋰離子電池用電池負極與導電劑材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)生物質材料預處理：超聲清洗機清洗除去生物質中的雜質后，50℃～80℃下烘2～6h左右，再將材料放入真空干燥箱中，在100℃～130℃下烘10～36h；最后，將材料粉碎使材料為長度小于3cm的棒體或粒徑小于2cm粒狀；

(2)生物質炭化：惰性氣氛下，在1～25℃/min的升溫速率下加熱到400℃～900℃進行炭化，并維持此溫度1～5h；

(3)第一步活化處理：生物質炭中加入酸，40℃～80℃下攪拌2～10h，離心后用去離子水清洗至約為中性后，在50℃～80℃過夜干燥；

(4)第二步活化處理：接下來往生物質炭中加入堿溶液，40℃～90℃下攪拌2～10h，離心后用去離子水清洗至約為中性后，在50℃～80℃過夜干燥；

(5)第三步活化處理：往生物質炭中加入鹽溶液，40℃～90℃下攪拌2～12h，離心后用去離子水清洗至約為中性后，在50℃～80℃過夜干燥；

(6)生物質炭用作電池負極的電極片制備：

第一步，電池正極片的制備：將正極活性物質與粘合劑、導電劑、溶劑混合通過球磨機高速攪拌均勻，得到得正極漿料均勻涂布在鋁箔上，在真空環境下，70-120℃烘烤10-36h后，輥壓、分切獲得正極片；

第二步，負極片的制備：將獲得的生物質炭與粘合劑、導電劑、溶劑混合通過球磨機高速攪拌均勻，得到得負極漿料均勻涂布在銅箔上，在真空環境下，70-120℃烘烤10-36h后，輥壓、分切獲得負極片；

(7)生物質炭用作電池導電劑電極片的制備：

第一步，電池正極片的制備：將正極活性物質與粘合劑、生物質炭導電劑、溶劑混合通過球磨機高速攪拌均勻，得到得正極漿料均勻涂布在鋁箔上，在真空環境下，70-120℃烘烤10-36h后，輥壓、分切獲得正極片；

第二步，負極片的制備：將獲得的生物質炭與粘合劑、生物質炭導電劑、溶劑混合通過球磨機高速攪拌均勻，得到得負極漿料均勻涂布在銅箔上，在真空環境下，70-120℃烘烤10-36h后，輥壓、分切獲得負極片；

(8)電池組裝；將正極片、隔膜、負極片一起層疊成電芯，置于電池殼中，注入電解液、化成、分容，得到圓柱形和鋁塑軟包型鋰離子動力電池。

本發明所述步驟(1)中，生物質材料為：芋頭莖、荷葉、荷葉干、小米秸稈、稻殼、蘆葦、紅薯莖、西瓜藤、竹竿、花生殼、棉花桿。

本發明所述步驟(2)中，惰性氣體為：氦氣、氮氣、氬氣。

本發明所述步驟(3)中，酸為：硫酸、硝酸、鹽酸、高氯酸、高錳酸、草酸、磷酸、醋酸。

本發明所述步驟(4)中，堿溶液為：氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鎳。

本發明所述步驟(5)中，鹽溶液為：氯化鋅、氯化鈉、氯化鉀、碳酸鉀、碳酸鈉、硫酸鈉、硫酸鉀。