[发明专利]环氧树脂改性石墨的负极材料及其制备方法

说明书

 

技术领域

     本发明属于化学电池领域，尤其涉及一种环氧树脂改性石墨的负极材料及其制备方法。

背景技术

天然石墨被广泛用作锂离子电池的负极材料，但天然石墨与电解液的相容性较差，在嵌／脱锂过程中易发生石墨层的剥离而导致循环性能下降，因而限制了纯天然石墨在锂离子电池中的应用。

随着各种小型便携式电子产品以及电动自行车的广泛普及和发展，新一代电动汽车（EV）、混合动力汽车（HEV）的商业化开发，对锂离子电池的能量密度及性能提出了更高的要求。传统的碳系负极材料在比容量、比能量方面都已经不能满足下一代新型锂离子电池负极材料的需要，因此开发新型的碳系负极材料具有极为重要的意义。

发明内容

 一种环氧树脂改性石墨的负极材料，其特征在于所述负极材料为在天然石墨上利用环氧树脂进行包覆，在天然石墨表面形成无定形碳包覆层。

 优选地，所述的环氧树脂为有机硅改性环氧树脂。

 一种环氧树脂改性石墨的负极材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将环氧树脂与天然石墨按比例混合研磨，压力成型后得到混合物A；

（2）将混合物A加热固化，得到混合物B；

（3）将混合物B加热炭化，得到混合物C；

（4）将混合物C冷却后，粉碎至粒径为5~20μm，即得所述的环氧树脂改性石墨的负极材料。

优选地，步骤（2）中所述的固化包括以下内容：固化温度为200~250℃，固化时间为1~2h，固化需要在氮气保护下进行。

优选地，步骤（3）中所述的炭化包括以下内容：炭化温度为300~700℃，炭化时间为1~5h，炭化需要在氮气保护下进行。

本发明的有益效果如下：

利用本发明提供的制备方法，将环氧树脂与天然石墨经过处理后，制得的负极材料的放电容量及首次效率比天然石墨分别提高了16mAh/g和11%;炭化包覆样品首次效率也提高了10%。石墨化包覆样品不仅首次效率比天然石墨高，之后的循环效率也比天然石墨高，将近100%，说明石墨经过包覆处理后，改善了天然石墨循环稳定性差的缺陷，这是由于包覆在石墨表面的环氧树脂炭膜确实起到了阻止大体积溶剂分子共嵌入的作用，使石墨层只在小范围内可逆地膨胀收缩，而不致迅速塌陷崩溃，从而延长了石墨负极的循环寿命。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

    一种环氧树脂改性石墨的负极材料，其特征在于所述负极材料为在天然石墨上利用环氧树脂进行包覆，在天然石墨表面形成无定形碳包覆层，所述的环氧树脂为有机硅改性环氧树脂。通过以下步骤制得：

（1）将环氧树脂与天然石墨按比例混合研磨，压力成型后得到混合物A；

（2）将混合物A加热固化，固化温度为200℃，固化时间为2h，固化需要在氮气保护下进行，得到混合物B；

（3）将混合物B加热炭化，炭化温度为700℃，炭化时间为1h，炭化需要在氮气保护下进行，得到混合物C；

（4）将混合物C冷却后，粉碎至粒径为5~10μm，即得所述的环氧树脂改性石墨的负极材料。

实施例2

    一种环氧树脂改性石墨的负极材料，其特征在于所述负极材料为在天然石墨上利用环氧树脂进行包覆，在天然石墨表面形成无定形碳包覆层，所述的环氧树脂为有机硅改性环氧树脂。通过以下步骤制得：

（1）将环氧树脂与天然石墨按比例混合研磨，压力成型后得到混合物A；

（2）将混合物A加热固化，固化温度为250℃，固化时间为1h，固化需要在氮气保护下进行，得到混合物B；

（3）将混合物B加热炭化，炭化温度为300℃，炭化时间为5h，炭化需要在氮气保护下进行，得到混合物C；

（4）将混合物C冷却后，粉碎至粒径为10~20μm，即得所述的环氧树脂改性石墨的负极材料。

实施例3

    一种环氧树脂改性石墨的负极材料，其特征在于所述负极材料为在天然石墨上利用环氧树脂进行包覆，在天然石墨表面形成无定形碳包覆层，所述的环氧树脂为有机硅改性环氧树脂。通过以下步骤制得：

（1）将环氧树脂与天然石墨按比例混合研磨，压力成型后得到混合物A；