[发明专利]锂离子电池用正、负极材料及其改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池材料及其改性方法，特别是一种锂离子电池材料及其改性方法。

背景技术

当今，锂离子电池已经广泛地应用于数码类产品、灯具、移动电源及各种电子设备。随着科技的不断进步，数码产品、电子设备等逐步地向小型化和个性化方向发展，这就需要电池具有更小的体积和更高的比能量输出，即具有更高的能量密度。此外，在交通工具方面，由于用油的交通工具存在废气污染、噪声污染严重，且又伴随有能源枯竭的问题，电动汽车和电动自行车成为其有效的替代者，它不用油、无污染，世界上很多国家都投入了巨大的人力和物力在研制电动交通工具，而动力电池是制约其发展的重要因素，电动交通工具需要大容量、低成本、高稳定性和安全性能的电池。而在航空航天方面需要锂离子电池具有更高的循环寿命、更好的高低温充放电性能和安全性能。这些都对锂离子电池用正、负极材料提出了更高的要求。

目前商品化的锂电池负极材料，主要是各种碳基负极材料。在众多的碳材料当中，石墨化碳材料由于具有良好的层片状结构，适合锂离子的嵌入和脱嵌，形成石墨-锂层间化合物，具有较高的比容量，接近LiC₆的理论比容量372mAh/g，同时它还具有良好的充放电电压平台和较低的嵌脱锂电位，且来源广泛、价格便宜，因此目前商品化锂离子电池大量采用石墨类碳材料作为负极材料。但在应用中，仍存在一些问题，最主要的是加工性能方面的问题。用于锂离子电池的球形石墨的直径一般在1到50um左右，这就使得锂离子在石墨晶体中的扩散路径比较长，即在大电流充放电的情况下，锂离子的嵌入和脱嵌比较困难，若是把石墨颗粒的直径降低到纳米级别，则在加工性能方面将会出现问题，例如在调制浆料的过程中就会出现浆料过于粘稠或过稀的情况，将给后续的涂布极片造成很大困难。此外锂离子电池的极片在制备过程中需要进行辊压，在此过程中涂布于集流体上的石墨颗粒易于形成平行于集流体的定向排列，在反复充放电过程中锂离子进入和脱出石墨晶体内部时引起石墨的c轴方向产生较大应变，导致电极结构破坏，影响了循环性能，并且片状石墨颗粒定向排列的结果还会造成锂离子从石墨晶体的侧面进入和脱出的阻力加大，快速充放电性能变差；不仅如此，极片在进行较强的辊压之后，由于石墨颗粒被压的比较密实，电解液很难渗透到极片的内部，即石墨的吸液能力变差，这将严重影响电池的循环性能。为增强石墨颗粒与集流体的粘结性，在制备锂离子电池用的浆料时加入大量粘合剂，这会增大电池的内阻，降低放电容量，快速充放电和循环能力变差。对于正极材料，也存在着一些问题，如钴酸锂在应用于动力电池时就存在安全性的问题；磷酸铁锂的导电性较差。除此之外，锂离子电池制造工艺中，正、负极材料均需加入导电剂，而导电剂与电极材料混合的均匀程度直接影响电池的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池用正、负极材料及其改性方法，要解决的技术问题是提高电极材料的电化学性能。

本发明采用以下技术方案：一种锂离子电池用正、负极材料，所述锂离子电池用正、负极材料具有球状、类球型、椭圆或块状微观结构，所述球状、类球型、椭圆或块状表面包覆有一层网状结构的碳纳米管或纳米碳纤维，负极材料的包覆层厚度为1～400nm，正极材料的包覆量为电极材料的0.5～5％。

本发明的锂离子电池用正、负极材料粒度为5～30μm。

本发明的负极石墨材料的放电容量为340～380mAh/g，晶体层间距在0.336～0.346nm之间。