[發(fā)明專利]使用微晶石墨材料的鋰離子電容器的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711412277.5
• 申請日: 2017-12-23
• 公開（公告）號: CN108155022B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林榮銓
• 申請（專利權(quán)）人: 林榮銓
• 主分類號: H01G11/30
• 分類號: H01G11/30;H01G11/26;H01G11/32;H01G11/86;H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M4/60
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 楊千尋;馮振寧

本發(fā)明涉及使用碳納米管脲醛樹脂碳包覆球形微晶石墨材料的鋰離子電容器的制備方法，采用碳納米管脲醛樹脂碳包覆球形微晶石墨材料作為負(fù)極，將制備的磷酸鐵鋰/膨脹微晶石墨/碳復(fù)合材料制成電極片作為正極，正負(fù)極片之間夾以聚丙烯隔膜，組裝成鋰離子電容器，正負(fù)極片之間注入濃度為1mol/L的硝酸鋰水溶液為電解液。本發(fā)明的碳納米管脲醛樹脂碳包覆球形微晶石墨材料采用廉價易得的微晶石墨替代石墨烯為原料，得到的復(fù)合材料具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，在保持充放電比容量不降的情況下，具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性，經(jīng)濟(jì)效益高，適合工業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池領(lǐng)域，更具體地，涉及使用碳納米管/脲醛樹脂碳包覆球形微晶石墨材料的鋰離子電容器的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池是20世紀(jì)末開發(fā)成功的一種無污染的綠色電池，與傳統(tǒng)電池相比，具有平均放電電壓高、體積容量和質(zhì)量容量都比較大，放電時間長，質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。鋰離子二次電池在炭材料用作負(fù)極的推動下迅速市場化，但鋰離子電池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(xiàn)析鋰現(xiàn)象而導(dǎo)致電池的放電容量、容量保持率以及循環(huán)壽命等一些重要指標(biāo)將會發(fā)生急劇的下降。目前大多數(shù)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(jié)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(chǎn)生10％左右的膨脹和收縮，其層狀結(jié)構(gòu)在循環(huán)過程中易被破壞。另外在循環(huán)過程中難免會有電解質(zhì)溶劑共嵌于石墨層間，由于有機(jī)溶劑的還原，在大電流下會產(chǎn)生氣體膨脹，致使石墨片層剝落，造成活性物質(zhì)不可逆損失以及固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜)的不斷破壞和重生，從而導(dǎo)致循環(huán)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(kuò)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(jī)械復(fù)合、表面氧化處理等手段來改性石墨，使石墨的電化學(xué)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(huán)穩(wěn)定性等仍有待提高。

球形石墨是采用先進(jìn)加工工藝對石墨表面進(jìn)行改性處理，生產(chǎn)的不同細(xì)度，形似橢圓球形的石墨產(chǎn)品。球形石墨材料具有良好的導(dǎo)電性、結(jié)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(diǎn)，可作為鋰離子電池負(fù)極材料的重要部分。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供使用碳納米管/脲醛樹脂碳包覆球形微晶石墨材料的鋰離子電容器的制備方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

使用微晶石墨材料的鋰離子電容器的制備方法，采用微晶石墨材料作為負(fù)極，將制備的磷酸鐵鋰/膨脹微晶石墨/碳復(fù)合材料制成電極片作為正極，正負(fù)極片之間夾以聚丙烯隔膜，組裝成鋰離子電容器，正負(fù)極片之間注入濃度為1mol/L的硝酸鋰水溶液為電解液；

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

S1.以微晶石墨為原料，經(jīng)過浮選、預(yù)處理、整形、提純處理步驟得到球形微晶石墨；

S2.將步驟S1得到的球形微晶石墨置于超聲波反應(yīng)釜中，超聲頻率為50KHz，功率為2000W，然后加入50％的乙醇溶液，超聲攪拌2h后，按產(chǎn)物和脲醛樹脂的重量比例為1:50，加入脲醛樹脂，按固化劑和脲醛樹脂的重量比例為1:12加入固化劑，進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁谇蛐挝⒕砻嫘纬傻谝话矊樱?00℃條件下反應(yīng)4h，冷卻至室溫并過300～400目篩；

S3.將步驟S2得到的產(chǎn)物按重量比例1：20與碳納米管混合，使得碳納米管均勻包裹在球形微晶石墨表面；

S4.將步驟S3的產(chǎn)物置于碳化爐中進(jìn)行碳化，碳化爐的溫度為1200℃，碳化時間為8h，冷卻后經(jīng)粉碎、篩分，即得到碳納米管/脲醛樹脂碳包覆球形微晶石墨材料。