[發(fā)明專(zhuān)利]一種碳納米管-石墨復(fù)合電極材料的制備方法及鋰離子電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910342988.2
• 申請(qǐng)日: 2019-04-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109980214B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔龍竹;劉毅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 四川昆侖云熙新能源科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/52;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 成都元信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51234
• 代理人: 劉珍

本發(fā)明中公開(kāi)了一種碳納米管?石墨復(fù)合電極材料的制備方法，包含以下步驟：將石墨、二氧化鈦和樹(shù)脂混合攪拌混勻；將混合物在800～900℃環(huán)境下，反應(yīng)4～8h，得到碳納米管?石墨復(fù)合電極材料。本發(fā)明還提供了一種鋰離子電池，鋰離子電池的負(fù)極采用上述方法制得的碳納米管?石墨復(fù)合電極材料作為活性物質(zhì)。本發(fā)明能有效的提高電池的導(dǎo)電性能和使用壽命，并且能吸收電池充放電過(guò)程中產(chǎn)生的氣體，避免電池鼓包，提高使用的安全性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鋰離子電池負(fù)極材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳納米管-石墨復(fù)合電極材料的制備方法及鋰離子電池。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有能量密度高、環(huán)保、無(wú)記憶效應(yīng)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，但各個(gè)領(lǐng)域?qū)﹄姵貕勖?、安全性要求越?lái)越高，如儲(chǔ)能電池，儲(chǔ)能電池對(duì)體積要求不高，但要求使用年限長(zhǎng)。目前鋰離子電池負(fù)極活性材料主要是石墨類(lèi)材料，其具有良好的層狀結(jié)構(gòu)，平穩(wěn)的放電平臺(tái)，良好的導(dǎo)電性及無(wú)電壓滯后現(xiàn)象。但是結(jié)晶性較好的石墨導(dǎo)致比容量存在上限值，與電解液的相容性不好，大電流充放電性能差，倍率性能有待提升。而且電池在每次充電過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生微量的氣體，長(zhǎng)期累積，造成電池內(nèi)部氣壓增大，使電池安全隱患增大，特別是儲(chǔ)能電池包中，組合的電芯個(gè)數(shù)較多，對(duì)安全性要求極高。

為了提高負(fù)極極片的電子電導(dǎo)率，通過(guò)在石墨中引入金屬或者非金屬元素雜質(zhì)來(lái)改變石墨的電子結(jié)構(gòu)，比如在石墨表面加入碳納米材料，碳納米材料可以改善石墨與電解液的相容性，從而提高大電流充放電性能和倍率性能，并減少鋰電池充電過(guò)程中的安全隱患。

中國(guó)專(zhuān)利201310162582.9公開(kāi)了一種鋰離子電池用石墨復(fù)合負(fù)極材料、制備方法及鋰離子電池。該方法以石墨為原料，用含有催化劑的溶液充分浸泡后，烘干制成石墨復(fù)合材料前體；然后進(jìn)行化學(xué)氣相沉積，在石墨表面均勻生成碳納米管。該方法制得的石墨復(fù)合負(fù)極材料具有核-殼結(jié)構(gòu)，內(nèi)核為石墨，外殼為碳納米管。與單一的石墨材料相比，這種石墨復(fù)合負(fù)極材料具有高比容量，高電導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)。但是該方法僅在石墨表面形成一層碳納米管，只能小幅度提升電池的比容量和電導(dǎo)率性能。

中國(guó)專(zhuān)利201610622037.7公開(kāi)了一種新能源汽車(chē)燃料電池的電極制備方法，該方法首先對(duì)石墨進(jìn)行膨脹處理，然后利用氣相沉積法在膨脹石墨上生成碳納米管，形成碳納米管插層的膨脹石墨三維多孔復(fù)合結(jié)構(gòu)，得到膨脹石墨/碳納米管復(fù)合材料。由于石墨膨脹變大，因此有效的增大了材料的比表面積和電荷存儲(chǔ)空間，進(jìn)一步提高了材料的導(dǎo)電性能，但是該方法仍然只是在石墨表面生成碳納米管，而且也殘留有金屬雜質(zhì)，容易造成電池短路。

以上兩個(gè)專(zhuān)利方法存在以下問(wèn)題，一是使用氣相沉積法都只能在石墨表面的石墨顆粒上生成碳納米管，由于石墨顆粒堆積，導(dǎo)致埋在石墨表層下面的石墨顆粒無(wú)法被包覆生成碳納米管；二是反應(yīng)產(chǎn)物中殘留有金屬雜質(zhì)，容易導(dǎo)致電池短路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上問(wèn)題，提供一種碳納米管-石墨復(fù)合電極材料的制備方法及鋰離子電池，本發(fā)明利用樹(shù)脂滲透到石墨內(nèi)部，包裹所有的石墨顆粒，樹(shù)脂在二氧化鈦的催化下裂解生成碳納米管，從而有效的提高導(dǎo)電性能，并且由于碳納米管數(shù)量巨大，還能吸附電池充電過(guò)程中產(chǎn)生的氣體。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：一種碳納米管-石墨復(fù)合電極材料的制備方法，包含以下步驟：

A、將石墨、二氧化鈦和樹(shù)脂混合攪拌均勻；

B、將步驟A中的混合物在800～900℃環(huán)境下，反應(yīng)4～8h，得到碳納米管-石墨復(fù)合電極材料。

優(yōu)選地，所述步驟A中的石墨、二氧化鈦和樹(shù)脂的重量比為100:0.05～1:1～5。

優(yōu)選地，所述步驟A中的樹(shù)脂為酚酞樹(shù)脂或環(huán)氧樹(shù)脂。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述碳納米管-石墨復(fù)合電極材料中碳納米管的長(zhǎng)度為200～1000納米。