[發(fā)明專利]一種可用于快速充電的鋰離子電池的負(fù)極的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810017551.7
• 申請(qǐng)日: 2018-01-09
• 公開（公告）號(hào): CN108217640B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘盛文;范鳳松;張騫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江西理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M4/587
• 分類號(hào): H01M4/587;H01M10/0525;C01B32/225
• 代理公司: 北京華仲龍騰專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11548
• 代理人: 黃玉玨

本發(fā)明公開本發(fā)明公開了一種快充鋰離子電池石墨負(fù)極的改性方法，屬于鋰離子電池快充領(lǐng)域。本發(fā)明通過酸腐蝕與氧化性條件下層間離子嵌入的方法處理層狀石墨，用于快充鋰離子電池負(fù)極材料。采用的技術(shù)方案是將層狀石墨置于一定濃度具有一定氧化性的酸性混合溶液中，控制溫度在25?35℃左右，混合一定的時(shí)間后過濾、洗滌。通過氧化性酸的腐蝕及可嵌入離子的作用使得到多孔的、層間距較大的石墨材料，用于快充鋰離子電池負(fù)極。相對(duì)于其他快充負(fù)極材料，本發(fā)明工藝流程簡(jiǎn)單、成本低、設(shè)備易實(shí)現(xiàn)。制備的材料具有層間距增大、表面微孔增多，且不會(huì)改變材料的層狀結(jié)構(gòu)并且具有增大鋰離子的遷移通道，限制鋰枝晶生長(zhǎng)，減小大電流下鋰離子遷移阻力的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋰離子電池快充領(lǐng)域，尤其是可用于快速充電的鋰離子電池的負(fù)極的制備方法。

背景技術(shù)

隨著信息化時(shí)代的發(fā)展，我們的生活節(jié)奏變得越來越快。電池的快速充電實(shí)現(xiàn)將會(huì)給人們帶來很多方便。因此快充型鋰離子電池得到了越來越多的關(guān)注，尤其是關(guān)于電動(dòng)汽車。但實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的快速充電還面臨很多問題，電池極化嚴(yán)重，而負(fù)極材料是制約這一性能的關(guān)鍵因素。因此選擇和制備合適的負(fù)極材料是實(shí)現(xiàn)鋰離子電池快速充電的關(guān)鍵。

Li₄Ti₅O₁₂為尖晶石結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)變化很小，同時(shí)體積變化也很小(小于1％)，是一種很好的零應(yīng)變材料，且在電池工作過程中無固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜)，是目前在快充鋰離子電池方面研究最多的材料。但它的平臺(tái)電壓較低，容量小，降低了電池體系的能量密度。多孔硬碳在快充鋰離子電池應(yīng)用方面具有一定的效果，但制備成本較高。石墨負(fù)極成本低，平臺(tái)高，能量密度與體積密度大，仍是商業(yè)應(yīng)用最多的負(fù)極材料。因此，對(duì)石墨負(fù)極材料進(jìn)行改性研究以滿足快充條件具有重要意義。

但石墨材料用于快充鋰離子電池存在很多問題，尤其是鋰離子在石墨負(fù)極中的擴(kuò)散速率很低，使大電流充電狀態(tài)下電池的極化嚴(yán)重，較易在負(fù)極表面析鋰。而通過增大層狀石墨材料的層間距，增大孔隙率，可增大鋰離子的傳輸通道，減小遷移阻力，利于大電流作用下鋰離子的快速遷移。同時(shí)負(fù)極表面的多孔結(jié)構(gòu)可有效阻礙鋰枝晶的生長(zhǎng)。目前對(duì)可快速充電的石墨處理方法主要是KOH活化腐蝕，主要通過KOH腐蝕活化比表面積再高溫?zé)Y(jié)的方法形成多通道結(jié)構(gòu)，使石墨層間距增大，材料內(nèi)部產(chǎn)生納米微孔。此方法處理后的石墨材料具有較好的快充性能。但是此方法反應(yīng)周期長(zhǎng)、需真空煅燒，能量消耗較大，且選擇的原料成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的問題是提供一種流程簡(jiǎn)單，低成本，設(shè)備簡(jiǎn)單，利于產(chǎn)業(yè)化的可用于快速充電的鋰離子電池的負(fù)極的制備方法。為此，現(xiàn)提出如下技術(shù)方案：

一種用于快速充電鋰離子電池的石墨負(fù)極制備方法，對(duì)石墨材料氧化腐蝕并進(jìn)行離子層間嵌入處理，使處理后的石墨材料層間距變大，有納米微孔形成。

對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述用于快速充電的石墨負(fù)極的制備方法包括以下步驟：

步驟1)：取一定量的石墨材料，在一定溫度條件下放入以一定比例混合的氧化性酸溶液與層間嵌入離子鹽混合溶液中磁力攪拌反應(yīng)一定時(shí)間；

步驟2)：將步驟1中反應(yīng)后的混合物用弱堿溶液洗滌至中性后，用去離子水洗滌、過濾、干燥。

對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟1)還可為：向氧化性酸溶液中加入一定量的石墨材料，在一定溫度下的水浴鍋中磁力攪拌一段時(shí)間后，加入嵌入離子鹽溶液溶液，攪拌混合3-8h后靜置。

對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟1)中所述的嵌入離子鹽溶液是離子半徑大于鋰離子的中性或弱酸性堿金屬離子鹽的一種或多種。

對(duì)上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述嵌入離子鹽溶液為硝酸鉀溶液、硝酸鈉溶液、氯化鉀溶液、氯化鈉溶液、碳酸鉀溶液、碳酸鈉溶液、醋酸鈉溶液、醋酸鉀溶液的一種或多種，優(yōu)選硝酸鉀溶液、氯化鉀溶液中的一種。