[发明专利]一种锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

锂离子电池以其比容量大、工作电压高、循环寿命长、环境友好及其无记忆效应等优点而受到人们的青睐，并广泛应用于手机、通讯、电动汽车及其风电储能等领域。然而随着人们对电池小型化需求的增加，倍率型电池越来越来受到人们的重视，尤其在MP3、电动玩具、混合电动车等领域。

而负极材料又是影响电池倍率性能的关键因素，目前在负极材料市场上，提高电池倍率性能的主要方法：一方面是降低材料的粒径，从而减小锂离子在充放电过程中的嵌脱路径，并可降低电池材料的极化效应；另一方面是在碳负极材料表面包覆一些导电性高的材料，比如导电聚合物、碳纤维、碳纳米管，以提高离子的传输速率，达到电池倍率性能的提高。

专利CN101969112A公开了两种锂离子电池正负极材料的改性方法，其一是在电极材料表面上通过催化剂和碳源共同作用下，形成包覆电极材料的碳纳米管或碳纤维复合材料，其二是通过配制碳纳米管分散液，之后将电极材料放入分散液中分散、干燥得到包覆一层碳纳米管网的电极材料。上述该方法制备的表面包覆有碳纳米管的负极材料虽然倍率性能会得到提高，但是由于材料与材料间主要通过材料间较大表面能差吸附结合在一起，包括电极材料与碳纳米管，碳纳米管与碳纳米管，造成碳纳米管包覆不均匀、材料在大倍率放电过程中结合力不强等问题，从而影响电池的电化学性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池负极材料，以提高负极材料的电化学性能，特别是负极材料的倍率性能和循环性能。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

1）将碳纳米管酸化处理，然后分散于分散剂的水溶液中，该分散剂为聚合链上连接有磺酸钠基团的聚合物，经过静电纺丝处理，其参数为喷丝头与接受板的距离为0.1～10cm，电喷丝的电压为0.1～100KV，喷流速度为0.0001～10mL/S，最后得到布状的碳纳米管网前躯体；

2）将碳纳米管网前躯体在含有催化剂的溶液中浸润，所述催化剂为800～1200℃条件下能被氢气还原为铁、钴或镍的化合物，得到负载催化剂的碳纳米管网前躯体；再向含有催化剂的溶液中加入粒径D50为15～25μm的石墨分散均匀，之后通过孔径为20～30μm的漏斗过滤、二次蒸馏水清洗得到负载催化剂的碳纳米管网/石墨前躯体；

3）将负载催化剂的碳纳米管网/石墨前躯体通氮气保护，再于800～1200℃条件下通入氢气保温30～300min；然后在600～2000℃条件下通入碳源气体，持续30～300min，冷却至室温即得。

步骤2）所述石墨是在搅拌速度为10～80转/min，搅拌时间为2～10h条件下分散。

所述分散剂为聚4-苯乙烯磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠。

步骤1）所述酸化处理采用浓硫酸或浓硝酸对碳纳米管进行酸化。

所述催化剂为硝酸铁、硝酸镍或硝酸钴。

所述石墨为人造石墨、天然石墨、中间相炭微球中的一种或其任意比组合。

步骤3）所述碳源气体为乙炔或甲烷。

本发明锂离子电池负极材料的制备方法，采用聚合链上连接有磺酸钠基团的聚合物为分散剂，与酸化处理后的碳纳米管结合，形成在聚合链上定向排列的碳纳米管列，然后采用静电纺丝处理方法，在高电压作用下产生纳米效应，使诸多聚合物长链产生纵向排列、相互紧密结合而形成高致密、比表面积大的碳纳米管网的前驱体；之后随着石墨加入达到碳纳米管网前躯体分散到石墨的空隙及吸附在石墨表面，形成碳纳米管包覆石墨的结构。之后得到的碳纳米管网/石墨前躯体在含有催化剂的溶液中浸润，使催化剂连接在碳纳米管之间的空隙中，在后续的800～1200℃氢气还原下，催化剂被还原为具有催化活性的铁、钴或镍原子，然后在600～2000℃条件下通入的乙炔、甲烷的碳原子在碳纳米管之间的接触点上形成化学键的连接，使碳纳米管之间以化学键的方式连接在一起，并牢固包覆于石墨表面或位于石墨空隙中，从而制得化学键连接的且结构致密的四通八达的碳纳米管网/石墨复合负极材料，较之碳纳米管直接生长在石墨表面形成的的接触式连接，其连接更加牢固、紧密。碳纳米管的优异性能能够在宏观的碳纳米管网材料上得到充分发挥，加之其结构致密，比表面积大，其导电性能与力学性能大大提高，尤其对提高材料的倍率性能起到重要作用。