[發(fā)明專利]一種碳負(fù)極材料的制備方法及碳負(fù)極材料

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711181237.4
• 申請(qǐng)日: 2017-11-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108039492A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董賢虎;張培模;張二麗;劉偉凱;孫喜貴;狄志宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大同新成新材料股份有限公司
• 主分類號(hào): H01M4/583
• 分類號(hào): H01M4/583
• 代理公司: 北京元中知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11223
• 代理人: 另婧

本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種碳負(fù)極材料的制備方法及碳負(fù)極材料，將高分子材料通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制成具有微孔結(jié)構(gòu)的無(wú)定形碳，再將無(wú)定形碳進(jìn)行石墨化處理即得具備納米級(jí)孔結(jié)構(gòu)的碳負(fù)極材料，本發(fā)明的有益效果為：由于目前通常采用碳骨料中加入瀝青后進(jìn)行石墨化得到碳負(fù)極材料，這種方法制備的碳負(fù)極材料一般成塊狀，而且碳負(fù)極材料的性能相對(duì)較低，通過(guò)本發(fā)明的制備方法制得的碳負(fù)極材料成散粒狀，而且形成的碳負(fù)極材料具有納米級(jí)孔結(jié)構(gòu)，可逆容量高和充、放電電位平臺(tái)低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種碳負(fù)極材料的制備方法及碳負(fù)極材料。

背景技術(shù)

碳負(fù)極材料是鋰離子電池的關(guān)鍵材料之一，而碳材料是最早開(kāi)始研究并應(yīng)用與鋰離子電池負(fù)極的材料。炭質(zhì)材料主要具有以下優(yōu)點(diǎn)：比容量高(200-400mAh/g)電極電位低(<1.0V vs Li+/li),循環(huán)利用率高(<95％)，循環(huán)壽命長(zhǎng)，目前研究較多的碳質(zhì)負(fù)極材料有中間相碳微球(MCMB)、天然石墨、無(wú)定形碳，這些負(fù)極材料各有其優(yōu)缺點(diǎn)。

除了碳材料以外，還有其他的鋰離子電池負(fù)極材料，如錫基材料，硅基材料，過(guò)渡金屬氧化物，鋰合金，納米電極材料等，但由于這些材料還存在一些尚未解決的問(wèn)題，如過(guò)渡金屬氧化物用作鋰離子電池負(fù)極活性材料時(shí)的主要問(wèn)題是不可逆容量大和充、放電電位平臺(tái)高。鋰合金材料則因?yàn)樵诤辖鸹^(guò)程中體積膨脹率太大，致使電極材料在反復(fù)充、放電時(shí)粉化，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中斷，因此循環(huán)性能很差。而且上述碳負(fù)極材料的制備工藝流程長(zhǎng)，產(chǎn)量低，制約著鋰離子電池的發(fā)展。

有鑒于此特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種碳負(fù)極材料的制備方法及碳負(fù)極材料，由于目前通常采用碳骨料中加入瀝青后進(jìn)行石墨化得到碳負(fù)極材料，這種方法制備的碳負(fù)極材料一般成塊狀，而且碳負(fù)極材料的性能相對(duì)較低，通過(guò)本發(fā)明的制備方法制得的碳負(fù)極材料成散粒狀，而且形成的碳負(fù)極材料具有納米級(jí)孔結(jié)構(gòu)，可逆容量高和充、放電電位平臺(tái)低。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是：

一種碳負(fù)極材料的制備方法,將高分子材料通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制成具有微孔結(jié)構(gòu)的無(wú)定形碳，再將無(wú)定形碳進(jìn)行石墨化處理即得具備納米級(jí)孔結(jié)構(gòu)的碳負(fù)極材料。

由于加入瀝青后制得的碳負(fù)極材料一般成塊狀，使碳負(fù)極材料的性能相對(duì)較低，通過(guò)本發(fā)明的法制備的碳負(fù)極材料成散粒狀，而且形成的碳負(fù)極材料具有納米級(jí)孔結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品性能更好。

另外，目前采用碳骨料中加入瀝青后進(jìn)行石墨化得到碳負(fù)極材料時(shí)需要進(jìn)行浸漬等工序，而本發(fā)明將高分子材料通過(guò)化學(xué)氣相沉積法制成具有微孔結(jié)構(gòu)的無(wú)定形碳，再將無(wú)定形碳進(jìn)行石墨化處理制得碳負(fù)極材料。該方法不需要加入瀝青，也不需要進(jìn)行浸漬等工序，節(jié)省了成本，減少了工序等。

利用化學(xué)氣相沉積法將高分子材料加熱熱解出的小分子有機(jī)物進(jìn)行沉積，制成具有微孔結(jié)構(gòu)的無(wú)定形碳；

優(yōu)選地，化學(xué)氣相沉積過(guò)程的溫度為900-1200℃，維持時(shí)間為10-15h；

更優(yōu)選地，在加熱過(guò)程中通入保護(hù)氣體進(jìn)行保護(hù)。

高分子材料中含有小分子有機(jī)物或者小分子有機(jī)物的基團(tuán)，利用化學(xué)氣相沉積法將小分子有機(jī)物熱解分離出來(lái)，沉積在一起，并在加熱900-1200℃條件下形成具有微孔結(jié)構(gòu)的無(wú)定形碳，該制備方法無(wú)需加入其它組分，形成的具有微孔結(jié)構(gòu)的無(wú)定形碳。其可逆容量在合適的熱處理?xiàng)l件下，可以達(dá)到700-1000mAh/g。采用本發(fā)明的方法制備的微孔可作為可逆貯鋰的“倉(cāng)庫(kù)”，鋰嵌入無(wú)定形碳材料時(shí)，首先嵌入到石墨微晶然后進(jìn)入石墨微晶的微孔中。在嵌脫過(guò)程中，鋰從石墨微晶中發(fā)生嵌脫，然后才是微孔中的鋰通石墨微晶發(fā)生嵌脫，因此，鋰在發(fā)生嵌脫的過(guò)程中存在電壓滯后現(xiàn)象。