[发明专利]一种锂离子电池多孔负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池负极电极材料制备领域，具体涉及一种锂离子电池多孔负极材料的制备方法。

背景技术

随着煤、石油、天然气等不可再生能源的频频告急，能源问题是人类跨入21世纪面对的严峻的问题，开发新能源和可再生清洁能源显得至关重要。锂离子电池与传统的二次电池相比，具有工作电压高、比能量大、放电电压平稳、循环寿命长、以及无环境污染等突出优点，已经广泛应用于移动电话、笔记本电脑以及便携式测量仪器等小型轻量化电子装置。同时也是未来混合动力汽车和纯动力汽车的首选电源。

负极材料是锂离子电池的关键材料之一，目前商品化使用的锂离子电池负极材料主要是炭类负极材料。它具有高比容量(200～400mAh/g)、低电极电位(＜1.0V vs Li+/Li）、高循环效率(＞95%)以及长循环寿命等优点。炭类负极材料中有中间相碳微球(MCMB)、石墨以及无定形碳，其中，石墨材料理论嵌锂容量高、导电性好、具有良好的层状结构，是近年来锂电池研究的重点之一。石墨材料可以分为人造石墨和天然石墨两种，天然石墨具有比表面积大、比容量高、首次效率高等优点，但是在充、放电过程中容易造成溶剂的共插入，从而导致它的循环性能差。人造石墨相对于天然石墨的石墨化度较低，但是其具有倍率性能好、与电解液兼容性好并且循环稳定性能好的优点，因此成为近年来的研究热点。

在锂电池负极材料的制备过程中，所应用的分散剂和有机碳源的种类、喷雾干燥的工艺以及前驱体烧结温度等条件均会对所制得的材料的大小、结构和形貌产生很大影响，而产物的大小、结构和形貌又会对锂电池负极材料的电化学性能产生极大的影响，进而影响到锂电池负极材料的首次放电容量、首次效率和循环性能。因此需要对分散剂种类、有机碳源的种类、烧结温度以及工艺路线和工艺条件的优选，才能得到一种首次充放电效率高、比容量高、循环性能好的锂离子电池负极材料。

目前锂离子电池的技术缺点有：1、负极材料存在放电倍率性能差；2、现有负极材料存在循环寿命低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池多孔负极材料的制备方法，通过本发明提高负极材料放电倍率性能，和改善负极材料的低温性能，进一步满足市场对产品的最新要求。

本发明通过以下技术方案实现：

一种锂离子电池多孔负极材料的制备方法，步骤包括：a、前驱体的制备：向固体混合物中加入无水乙醇分散搅拌制的无水乙醇混合物；固体混合物中的重量比，天然石墨：碳化硅=75-95:25-5；配制树脂的四氢呋喃溶液，所述树脂为聚氯乙烯和聚偏氯乙烯的任一种或两种混合；将树脂的四氢呋喃溶液以1:2-1:5的比例倒入无水乙醇混合物中，加入无水乙醇调节胶料的固体混合物含量至10%-30%，然后经闭式循环喷雾干燥制粉，得到前驱体；b、前驱体在推板窑中进行低温碳化，1-30℃ /min的速度升温，同时以1-15m3/h的流量通入惰性气体，当温度达到500-1500℃开始降温，继续通入1-15m3/h流量的惰性气体，自然冷却到常温；c、物料放在艾奇逊石墨化炉中进行高温石墨化，要求温度≥3000℃，碳化硅在无氧高温下与炭产生分解反应，气化造孔；d、最终外部包覆树脂材料变为人造石墨，造孔添加剂在人造石墨上产生孔洞，并人造石墨包覆在天然石墨上；制得锂离子电池多孔负极材料。

其中所述天然石墨为杂质含量低的天然鳞片石墨，纯度≥99.95%，经过球形化处理后粒度为1-30μm。

所述固体混合物和无水乙醇的体积比为1：2-5。

所述树脂的四呋氢喃溶液中树脂的百分含量为10-70%。

碳化硅作为用于高温下反应气化造孔的造孔添加剂，粒度在1-999nm。

一种锂离子电池负极片，其制备方法为：70-80重量份本发明所制得的锂离子电池多孔负极材料、10-20重量份的粘结剂和10重量份的导电剂按混合得到浆料，将得到的浆料涂覆在铜箔上，干燥5-24h，然后锟压和切片，得到锂离子电池负极片。

锂离子电池多孔负极材料、粘结剂和导电剂的重量比为8:1:1；所述粘结剂为LA33或聚偏二氟乙烯；导电剂为导电炭黑、导电液或纳米碳。

本发明的优点在于：

1、本发明采用在负极材料表面人造包覆层和内核天然石墨之间形成孔洞形的纳米通道，以便锂离子可以迅速的进出石墨，从而改良材料的倍率性能。

2、本发明制备的锂离子电池负极材料材料表面有均匀的孔洞，大大提高了材料的循环寿命。