[发明专利]一种锂离子电池负极材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种高循环寿命动力锂离子电池负极炭材料及其制备方法。

背景技术

目前，随着国际新能源新材料的迅速发展，各种新能源电动汽车及便携式电子设备、电动工具的广泛使用和高速发展，对化学电源的要求也相继提高，锂离子电池是目前开发比较成功的一种便携式化学电源，它具有电压高、比能量大、放电电压平稳、低温性能良好、安全性能优以及易贮存和工作寿命长等优点。然而，当今电动汽车的广泛应用、电子设备小型化和微型化程度越来越高，对锂离子电池的研究与应用也更加深入。

目前，商品化的锂离子电池中负极材料大多采用石墨材料，它的优点是有较高的比容量（<372mAh/g），低的电极电位（<1.0Vvs.Li⁺/Li），高的首次效率，长的循环寿命。石墨材料又因其种类、制备方法和热处理温度不同时，会导致组成和结构上的差异，进而引起嵌入行为与性能的差异。

石墨又分为人造石墨和天然石墨，人造石墨具有与电解液相容性好、其嵌、脱速率较大，有较好的载荷特性等。松下公司采用了石墨化的沥青炭微球即以沥青为原料制成的介稳相球状炭，简称MCMB。但是其低的体积比容量和首次效率还有待改进。天然石墨是当前较理想的负极材料，具有成本低、容量较高和压实性能好等特点，如日本三洋公司就采用了天然石墨。缺点是它们对某些电解液比较敏感，又受到理论储锂容量的限制，很难单纯通过改进电池制备工艺来很大幅度提高。

因此，具有更高的容量和开发新一代新型负极材料，成为锂离子电池研究领域中的热点课题。曾经，合金材料一度是人们研究的首选，但是其低的首次效率和高的体积效应造成较差的循环稳定性一直未能得到很好的解决，如Hironorid等采用CVD法制备的锡氧化物可逆容量达到600mAh/g，但是其不可逆容量更是达800mAh/g［J.Power Soμrces,2001,97-98:229］，首次效率明显偏低，其缺点限制了它在锂离子电池中的应用。日立属下的MAXwell公司制备的硅颗粒外包裹无定型碳层的复合体系，虽然改善了硅材料的结构和导电性能，但是由于其工艺过程难于控制，不确定因素多，导致很难实现批量生产。中国发明专利CN01807830.3中报道了通过热解硬炭制备的负极材料，因其表面未作修饰，不可逆容量相当高，导致不可逆容量高的原因除了电极液分解形成钝化膜外，材料表面的各种活性基团如羟基，以及其吸附的水分也是形成不可逆容量的主要原因，虽然羟基和水分在热解时已被消除；由于在电池的组装和使用过程中，电极如果和各种活性气体相接触，如CO₂、O₂，也会加大不可逆反应而损失可逆容量，这也是商业化热解炭材料对空气敏感的原因。

发明内容

发明所解决的技术问题是提供一种高循环寿命动力锂离子电池负极炭材料及其制备方法，其提高了锂离子电池循环寿命和首次效率，同时还改善了材料的加工性能。

一种锂离子电池负极材料，由重量比为5~40：1：0.5的煤焦、沥青和碳纳米管制成。

所述的锂离子电池负极材料，其所述煤焦的粒径为8～25μm，比表面积小于等于5m²/g；所述沥青为煤沥青或石油沥青；所述碳纳米管为单壁，双壁，多壁碳纳米管或其混合物，管长5-30μm，其管径为2-100nm。

所述的锂离子电池负极材料，其所述锂离子电池负极材料是先将煤焦和沥青溶于有机溶剂后再在压力容器中进行液相脱水处理，然后通过包覆改性、低温固化、炭化以及高温石墨化处理；最后再加入碳纳米管导电浆料进行超声波分散，将得到的粉体过筛后得到炭改性材料。

所述的锂离子电池负极材料，其所述得到的炭改性材料为球形或椭球形，平均粒径D50为2～28μm，振实密度在0.8～1.5g/cc之间，BET比表面积在1.0～5.0m²/g之间，真实密度0.9～2.20g/cc，其内部有纳米孔，孔径0.2～0.6nm。

所述的锂离子电池负极材料的制备方法，包括步骤：

①备料：将煤焦和沥青按重量比5～40：1的比例，备好待用；

②加料：将备好的原料溶于有机溶剂中，边搅拌边交替加入到压力容器中，继续搅拌2～4小时，接着在8～20分钟内加入总重量5%～10%的反应助剂；

③升温：然后升温加热，在6-8小时内，温度升到500～800℃；其中升温2～3小时时负压抽出上述物质中的挥发分；

④保持恒温：在500～800℃保持恒温，时间4-7小时，同时抽出挥发分；

⑤自然冷却至室温；