[發明專利]一種微晶石墨材料作為鋰離子電容器負極材料的應用

有效

• 申請號: 201711412240.2
• 申請日: 2017-12-23
• 公開（公告）號: CN108091495B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 林榮銓
• 申請（專利權）人: 林榮銓
• 主分類號: H01G11/50
• 分類號: H01G11/50;H01G11/36;H01G11/32;H01G11/86
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 楊千尋;馮振寧

本發明涉及一種碳納米管脲醛樹脂碳包覆球形微晶石墨作為鋰離子電容器負極材料的應用，本發明中鋰離子電容器包括正極片、負極片、隔膜和電解液，其中負極片所用的負極材料為微晶石墨經過預處理、整形、提純和干燥步驟處理得到的球形微晶石墨材料，然后以此為原料制備鋰離子電容器。該鋰離子電容器在0.1C倍率下充放電時，首次充放電循環充電容量為396 mAh/g，0.1C首次效率高達96.5%。本發明所使用的原料廉價、生產周期短，具有明顯的社會和經濟效益、易于實現工業化生產。

技術領域

本發明涉及鋰離子電容器領域，更具體地，涉及一種碳納米管/脲醛樹脂碳包覆球形微晶石墨作為鋰離子電容器負極材料的應用。

背景技術

鋰離子電容器是20世紀末開發成功的一種無污染的綠色電容器，與傳統電容器相比，具有平均放電電壓高、體積容量和質量容量都比較大，放電時間長，質量輕等優點。鋰離子二次電容器在炭材料用作負極的推動下迅速市場化，但鋰離子電容器在迅速市場化的同時，也存在著一些問題，如在低溫條件下使用時，在充放電過程中會出現析鋰現象而導致電容器的放電容量、容量保持率以及循環壽命等一些重要指標將會發生急劇的下降。目前大多數解決的辦法是通過更換低溫電解液來改善其低溫性能，但在滿足其低溫性能的同時，其他性能卻難以得到滿足，并未從根本上解決問題。

石墨的理論嵌鋰容量為372mAh/g，其結晶完整并具有高取向性，在鋰離子嵌入和脫出的過程中，在d002方向會產生10％左右的膨脹和收縮，其層狀結構在循環過程中易被破壞。另外在循環過程中難免會有電解質溶劑共嵌于石墨層間，由于有機溶劑的還原，在大電流下會產生氣體膨脹，致使石墨片層剝落，造成活性物質不可逆損失以及固體電解質界面膜(SEI膜)的不斷破壞和重生，從而導致循環壽命欠佳。但石墨也存在比容量偏低、首次充放電效率較低、鋰離子在石墨中的擴散速度較慢等問題，針對以上問題，研究者通過熱解炭包覆、與納米碳材料(炭纖維或碳納米管等)機械復合、表面氧化處理等手段來改性石墨，使石墨的電化學性能得到了有效改善，但是其首次可逆比容量和在高倍率下的循環穩定性等仍有待提高。

球形石墨是采用先進加工工藝對石墨表面進行改性處理，生產的不同細度，形似橢圓球形的石墨產品。球形石墨材料具有良好的導電性、結晶度高、成本低、理論嵌鋰容量高、充放電電位低且平坦等特點，可作為鋰離子電容器負極材料的重要部分。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種碳納米管/脲醛樹脂碳包覆球形微晶石墨作為鋰離子電容器負極材料的應用。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種微晶石墨材料作為鋰離子電容器負極材料的應用，所述鋰離子電容器包括正極片、負極片、電解液和隔膜，所述負極片的制備方法為：首先向攪拌分散機內注入125wt％的去離子水，再向攪拌罐內加入3wt％的羧甲基纖維素鈉，以36r/min的轉速攪拌65min；向攪拌罐中加入95wt％的微晶石墨材料和4wt％的導電炭黑，待充分潤濕后，抽真空至-0.095Mpa，以55r/min的轉速真空攪拌250min；向攪拌罐內加入2wt％的丁苯橡膠，抽真空至-0.095Mpa，以35r/min的轉速真空攪拌85min；將上述漿料過200目篩；利用轉移式涂布機涂布于10μm厚的貫穿多孔銅箔的正反兩面上，干燥之后單面涂布厚度為60μm，涂布速度為3.5m/min，并在鼓風干燥箱中88℃下烘干；將干燥后的極片利用輥壓機壓實后得到負極極片；

其中，所述微晶石墨材料為碳納米管/脲醛樹脂碳包覆球形微晶石墨，由以下方法制備得到：

S1.以微晶石墨為原料，經過浮選、預處理、整形、提純處理步驟得到球形微晶石墨；