[发明专利]锂离子动力与储能电池用复合负极材料及其制备方法和电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池的负极材料及其制备方法，以及采用该材料的电池，特别是一种锂离子电池的复合负极材料及其制备方法，以及采用该材料的电池。

背景技术

随着科技的发展及生活水平的提高，人类对能源的需求量大幅度增加，而化石能源如煤炭、石油、天然气的存储量有限，开发利用可再生资源的能源体系、调整能源结构成为人类社会迫切需要解决的问题。现有技术使用的电动汽车用动力电池主要有：铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。其中锂离子电池具有能量的密度高、寿命长、环保、轻便的特点，可同时解决“能源”和“环保”两大世界难题，现有技术的动力与储能电池采用石墨类作为电池的负极材料，其比能量低。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子动力与储能电池用复合负极材料及其制备方法和电池，要解决的技术问题是提高电池的高倍率放电性能，高低温循环性能。

本发明采用以下技术方案：一种锂离子动力与储能电池用复合负极材料，由硬碳与天然石墨，或硬碳与人造石墨，或硬碳与天然石墨和人造石墨组合成复合颗粒，质量比为硬碳15～85％，天然石墨和/或人造石墨为15～85％，其中天然石墨与人造石墨为任意比例。

本发明的复合颗粒呈球形、长短径比1.6～3.6的类球形、块状、片状和/或菱形，复合颗粒表面具有蜂窝状开孔结构，孔径为0.4～55nm，孔隙率为6～15％，晶体呈片层结构，复合颗粒的平均粒径为2～65μm，比表面积2.0～30.0m²/g，真实密度1.55～2.25g/cm³，振实密度0.78～1.5g/cm³，晶体层间距d₀₀₂在0.336～0.4380nm之间。

一种锂离子动力与储能电池用复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：一、按质量比，由15～85％的硬碳，15～85％的天然石墨和/或人造石墨组成碳材料，天然石墨与人造石墨为任意比例，将碳材料、分散剂和水按质量比1∶0.1～0.5∶1～5，转速为1000～3000r/min，混合3～10h，得到混合物；二、将混合物直接在80～140℃条件下烘干10～36h，自然降温至室温，得到改良的前躯体；三、将改良的前躯体以0.1～10℃/min的升温速度到250～700℃，热处理1.5～8h，在炉内自然降温至室温，得到锂离子动力与储能电池用复合负极材料。

本发明的方法热处理1.5～8h后，在炉内自然降温至室温，再过200目筛，得到平均粒径为2～65μm的锂离子动力与储能电池用复合负极材料。

本发明的方法热处理在氮气、氦气、氩气或氙气的保护下进行，气体流量为0.1～0.4m³/h。

一种锂离子动力与储能电池用复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：一、按质量比，将15～85％的硬碳，15～85％的天然石墨和/或人造石墨，以1000～4500r/min的转速，混合5～45min，得到改良的前躯体，所述天然石墨与人造石墨为任意比例；二、热处理，将改良的前躯体以0.1～10℃/min的升温速度到250～600℃，热处理1.5～8h，在炉内自然降温至室温，得到平均粒径为2～65μm的锂离子动力与储能电池用复合负极材料。

本发明的方法热处理1.5～8h后，在炉内自然降温至室温，再过200目筛，得到平均粒径为2～65μm的锂离子动力与储能电池用复合负极材料。

本发明的方法热处理在氮气、氦气、氩气或氙气的保护下进行，气体流量为0.1～0.4m³/h。

一种锂离子动力与储能电池，具有正极和负极，所述负极按质量比由粘结剂2～5％、负极材料90～95％和导电剂3～5％组成，所述负极材料由硬碳与天然石墨，或硬碳与人造石墨，或硬碳与天然石墨和人造石墨组合成复合颗粒，质量比为硬碳15～85％，天然石墨和/或人造石墨为15～85％，其中天然石墨与人造石墨为任意比例。

本发明的电池的复合颗粒呈球形、长短径比1.6～3.6的类球形、块状、片状和/或菱形，复合颗粒表面具有蜂窝状开孔结构，孔径为0.4～55nm，孔隙率为6～15％，晶体呈片层结构，复合颗粒的平均粒径为2～65μm，比表面积2.0～30.0m²/g，真实密度1.55～2.35g/cm³，振实密度0.78～1.5g/cm³，晶体层间距d₀₀₂在0.336～0.4380nm之间。