[发明专利]锂离子电池负极用石墨微球的制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种锂离子电池负极用石墨微球的制备方法，属于锂离子电池负极材料技术。

背景技术

锂离子电池由于具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应、工作温度范围宽、安全性能好等特点，在便携式电子设备、电动汽车、航空航天、生物医药等多个领域得到广泛的应用。提高锂离子电池能量及循环寿命取决于锂离子负极材料性能的提高，目前商品化的锂离子电池负极材料采用的是炭材料，其中炭微球被认为是最具有发展潜力的。这是因为与其它炭材料相比，炭微球有以下优点（CN101880042A）：球状结构有利于实现紧密堆积，从而可制备高密度的电极；球形炭的光滑表面和低的比表面积可以减少在充电过程中电极表面副反应的发生，从而降低第一次充电过程中的库仑损失；球形结构可以使电解液中的锂离子在球的各个方向嵌入和脱出，解决了石墨类材料由于过高各向异性引起的石墨片层溶胀、塌陷和不能快速大电流充放电的问题。

目前，制备锂离子电池负极用炭微球的原料通常包括煤、沥青、高分子等，制备方法主要有：热缩聚法（CN200610014878.6、CN101811694A）、水热法（Novel spherical microporous carbon as anode material for Li-ion batteries）、乳液法（CN101880042A、CN1559890、CN1559891）、直接热解法（CN1422235）、高温低温两步合成法（CN102515137A）、共缩聚法（CN1308113、CN102491307A）、悬浮法（CN102225756A）等。现有的炭微球制备方法仍然存在一些不足，包括生产设备复杂、能耗高、生产过程对环境危害大、生产成本较高、炭微球收率偏低等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极用石墨微球的制备方法，该方法具有过程简单、能耗低和绿色环保的特点。以该方法制得的石墨微球用作锂离子电池负极比容量高，循环性能好。

本发明是通过下述技术方案加以实现的，一种锂离子电池负极用石墨微球的制备方法，所述的锂离子电池负极用石墨微球，它的粒径为1 μm~50 μm，石墨层间距d₀₀₂为0.3390 nm ~0.3420 nm，其特征在于包括以下过程：

1）将煤沥青基、石油焦基、针状焦基和沥青焦基的两亲性炭材料之中的一种加入去离子水中，配制质量浓度为1%~20%的两亲性炭材料溶液，并用乙二胺调节其pH值为10~14；

2）按无水乙醇或无水丙酮与步骤1）制得的两亲性炭材料溶液体积比为（20~60）：1，在以转速1000~2000 r/min搅拌情况下，将两亲性炭材料溶液加入无水乙醇或无水丙酮中，静置分层，去除上层有机溶剂与水的共溶物，得到下层两亲性炭材料基凝胶微球；

3）将步骤2）得到的两亲性炭材料基凝胶微球加入无水乙醇或无水丙酮中，在转速1000~2000 r/min搅拌情况下搅拌8~20 h，然后离心分离，将得到的凝胶微球置于温度为40~60 ℃真空干燥箱中烘干3~8 h，制得两亲性炭材料微球；

4）在石墨化炉中，将步骤3）制得的两亲性炭材料微球以5~20 ℃/min的升温速率升至2600~3000 ℃进行石墨化处理1~3 h，然后自然冷却至室温，获得粒径为1 μm-50 μm、石墨层间距d₀₀₂为0.3390 nm ~0.3420 nm的石墨微球。

本发明具有如下优点：本发明中用到的溶剂为水，制备过程不需要加入任何表面活性剂和分散介质，降低了制备难度，制备装置简单；无水乙醇或无水丙酮可以反复使用，绿色环保，生产成本低；使用乙二胺作为溶液的pH调节剂，与NaOH或者KOH相比，乙二胺易于在干燥过程中挥发除去，不会残留于微球中；初始原料价格低廉，来源丰富，易于实现规模化工业生产。

 

附图说明

图1是本发明实施例1制备的石墨微球的扫描电镜照片。

图2是以本发明实施例1制备的石墨微球制成锂离子电池负极材料的恒流充放电性能曲线图。

 

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明，但本发明并不局限于这些实施例。

实施例1