[发明专利]新型碳-碳纳米管锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法，尤其是一种新型碳-碳纳米管锂离子电池负极材料及其制备方法，属于锂离子电池技术领域和纳米技术领域。

背景技术

由于锂离子电池具有高电压、高容量的重要优点，且循环寿命长，安全性能好，使其在便携式电子设备以及电动汽车等领域具有广泛的应用前景。球形天然石墨具有较高的储锂容量、良好的电压平台，且价格低廉，是当前市场上常见的负极材料之一。但球形石墨作为锂离子电池负极材料，在充-放电过程中形成的SEI膜容易不断崩塌，影响电池的使用性能和寿命，需要对其表面进行修饰和整形，修饰后，表面强度低，在充放电过程中容易剥落、破坏。同时球形石墨粒子之间为点接触，导电性差。

碳纳米管的层间距略大于球形石墨的层间距，而且碳纳米管的筒状结构在多次充-放电循环后不会塌陷，循环性能好，同时碳纳米管具有较大的长径比和良好的轴向一维导电能力，被认为是理想的导电材料。但是碳纳米管的不可逆容量也较大，首次循环效率低，没有明显的充-放电平台。另外，由于其直径小，长径比大，极易发生团聚，不容易被分散，影响其物理和电化学性能的发挥。

因此，迫切需要提供一种储锂容量高、电压平台良好、循环性能好的锂离子电池负极材料。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种储锂容量高、电压平台良好、循环性能好的新型碳-碳纳米管锂离子电池负极材料及其制备方法，本发明利用纳米材料修饰的锂离子电池负极材料能够大大提高锂离子电池的各项性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：新型碳-碳纳米管锂离子电池负极材料，其特征是，由球形石墨以及包裹在球形石墨表面的包覆材料构成，所述包覆材料占球形石墨和包覆材料总重量的8-12%；所述包覆材料由碳纳米管和有机碳粉混合制得，其中碳纳米管和有机碳粉的重量比为3:7。

所述包覆材料的粒径为2-6μm。

新型碳-碳纳米管锂离子电池负极材料的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

1）备好原料：球形石墨、碳纳米管、有机碳粉；

2）将步骤1）的碳纳米管、有机碳粉分批次放入球磨机中进行多次分级混合，分批次放入时，其中一种材料一次性放入，另一种材料平均分五次放入，每次放入的间隔时间为1-2小时，总混合时间为10-12小时，得到包覆材料，包覆材料的粒径为2-6μm；所述碳纳米管和有机碳粉的重量比为3:7；

3）将步骤1）的球形石墨和步骤2）制得的包覆材料进行搅拌使其充分混合，搅拌混合时间为1-3小时，使得包覆材料均匀包裹在球形石墨表面；所述包覆材料占球形石墨和包覆材料总重量的8-12%；

4）将步骤3）得到的包裹着包覆材料的球形石墨进行加温和保温处理，使包覆材料融熔包裹在球形石墨表面，并且包覆材料中的有机成分得到挥发，在球形石墨表面形成稳定的定型碳包覆层，且碳纳米管在球形石墨表面形成网络分布，得到半成品材料；其中加热温度为500-800℃，升温过程的时间控制在6-8小时，保温时间控制在2-5小时；

5）将步骤4）得到的半成品材料进行高温石墨化处理，使碳纳米管和球形石墨形成有机结合体，碳纳米管均匀分散、缠绕在球形石墨表面并在球形石墨表面形成网架结构，碳纳米管直接和球形石墨形成整体，生成类绒球状，制得新型碳-碳纳米管锂离子电池负极材料；所述高温石墨化处理时间为4-7天，温度为2800-3000℃，升温过程时间为8-12小时，保温过程时间为2-5小时。

本发明制得的新型碳-碳纳米管锂离子电池负极材料，经过多次分级扩散，很好地解决了碳纳米管的团聚现象，包覆材料包裹在球形石墨表面，碳纳米管在球形石墨表面生成类绒球状的网架结构，增强了表面强度，大大改善了导电性能、抗衰减性能，首次放电容量更是有了显著的提高。球形石墨具有较高的储锂容量、良好的电压平台，且价格低廉，是当前市场上常见的负极材料之一。碳纳米管的层间距略大于球形石墨的层间距，而且碳纳米管的筒状结构在多次充-放电循环后不会塌陷，循环性能好，同时碳纳米管具有较大的长径比和良好的轴向一维导电能力，被认为是理想的导电材料。本发明通过对球形石墨表面进行改进，在石墨表面形成均匀的包覆层，使碳纳米管缠绕在球形石墨表面，在球形石墨表面形成网架结构，生成类绒球状，增强表面强度，并充分发挥碳纳米管的优良性能，提高负极材料的导电性、克比容量、抗衰减性能以及优良的倍率特性，首次放电容量可达390mAh/g。本发明制作简单合理，储锂容量高，电压平台良好，价格低廉，在多次充-放电循环后不会塌陷，循环性能好。

具体实施方式