[发明专利]一种锂离子电池负极材料及制备方法有效

专利信息
申请号: 201110078683.9 申请日: 2011-03-30
公开(公告)号: CN102169988A 公开(公告)日: 2011-08-31
发明(设计)人: 赵东辉;周鹏伟;戴涛 申请(专利权)人: 深圳市翔丰华科技有限公司
主分类号: H01M4/38 分类号: H01M4/38;H01M4/133;H01M4/1393
代理公司: 深圳市汇力通专利商标代理有限公司 44257 代理人: 李保明;茅秀彬
地址: 518103 广东省深圳*** 国省代码: 广东;44
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摘要:
搜索关键词: 一种 锂离子电池 负极 材料 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种电池负极材料及其制备方法,特别是一种锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

目前广泛应用于锂离子电池的负极材料主要是碳负极材料。碳负极材料的电性能决定于其内部结构、颗粒形态、表面性质等多种因素。研究表明,碳材料作为锂离子电池的负极材料存在诸多不足,而其不足与其表面存在大量的缺陷有很大关系,表面性质的好坏对于首次放电效率、高倍率充放电能力、电容量等都有重要影响。因此,对碳负极材料进行表面处理成为提高其性能的有效方法。常见的碳负极材料表面处理方法有包覆法、掺杂法、氧化还原法、机械研磨法等。其中,以某种碳素材料为基质在其表面包覆另一类具有不同结构特点的材料,经过适当的处理形成所谓的“核壳”结构,以此获取较佳性能的石墨已成为较为普遍的方法。Masaki Yoshio等研究发现用沥青包覆天然石墨,石墨材料作为基质材料“核”,具有优良的电化学有点,外面包覆的“壳”层沥青,能避免石墨的缺点。日本的森田浩一发现用低温石油沥青浸渍石墨类碳材料,恒温搅拌数小时,然后用特定的方法从石油沥青中分离出粗制沥青包覆石墨,在被分离出的粗制沥青包覆石墨中再加入有机溶剂,恒温加热洗涤数小时,再进行过滤、干燥,然后进行碳化处理,得到沥青包覆石墨负极材料,其充放电容量和充放电效率均有显著提高。以这两种沥青为代表的现有改性材料包覆石墨的缺点是包覆产物热处理后克容量不发生改变或大大降低,而负极材料的循环稳定性提高幅度有限,大大降低了改性效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法,要解决的技术问题是在锂离子电池负极材料表面形成一层新型的多孔碳材料,以利于锂离子的脱嵌和增加储锂能力,增大克容量的同时大大减少不可逆容量,提高负极材料的库伦效率和循环稳定性。

本发明锂离子电池石墨负极材料,包括石墨和石墨外的壳层,所述壳层为具有多孔结构的沥青基碳材料包覆层。

一种锂离子电池石墨负极材料的制备方法,包括以下步骤:⑴按重量计,将100份粒径为5~50μm的石墨颗粒和1~25份沥青单体混合均匀;⑵Friedel-Crafts交联反应:向步骤⑴制得的混合物加入Friedel-Crafts交联反应的交联剂和催化剂,交联反应0.5~2小时,反应引入的交联桥将沥青单体连结起来,在石墨颗粒表面构成一个凝胶网络,形成一种沥青基多孔碳材料包覆层;⑶将步骤⑵所得产物置于惰性气氛中,在800~1500℃下热处理1~12小时,然后降温至100℃以下,取出,经粉碎、筛分后即制得具有多孔结构碳材料包覆层的复合石墨材料。

所述交联剂优选四氯化碳或二氯甲基苯,也可以采用其它的Friedel-Crafts反应交联剂。所述催化剂优选三氯化铝、三氯化铁、氯化锌、硫酸、磷酸、三氟化硼或三氟化硼乙醚,也可以采用其它Lewis酸。

本发明制备方法中的所述沥青优选石油沥青或煤沥青。沥青的形态优选浸渍沥青、粘结沥青、氧化沥青、高软化点沥青、各向同性沥青或各向异性沥青。

所述石墨可以采用天然石墨,如:天然鳞片石墨、天然微晶石墨、球形天然石墨,也可以采用人造石墨,优选石墨晶体层间距在0.335至0.346nm之间。

步骤⑴可以采用溶液混合法,其中溶剂可以采用链烃、芳烃或有机溶剂,所述有机溶剂可以是二硫化碳、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、环烷、石油醚、喹啉或噻吩。

步骤⑴也可以采用固相混合法,其中,沥青的粒径不大于3μm。

步骤⑴也可以采用熔融混合法。

与现有技术相比,本发明通过Friedel-Crafts交联在石墨表面包覆沥青和高温处理形成多孔结构碳材料包覆层的石墨复合材料,锂离子可储存于沥青经过交联固化形成的多孔结构中,大大增加了其储锂能力,增大了石墨材料的克容量,提高了可逆容量和库伦效率,交联固化后的孔状结构强度非常大,大大提高了负极材料的循环稳定性。同时其生产成本低廉。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

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