[发明专利]螺旋钠米碳纤维作为锂离子电池负极材料的应用及电池负极制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极材料，具体指一种螺旋钠米碳纤维作为锂离子电池负极材料的应用及锂离子电池负极的制备方法，属于电极材料技术领域。

 

背景技术

能源关系到人类社会的发展、社会的稳定和国家的安全，因此受到人类的关注。目前化石类能源是能源供应的主体，但化石能源是不可再生能源且消耗过程中还带来了严重的环境污染，化石能源的日益枯竭和日益严重的环境污染是人类社会发展面临的一大挑战。

随着科学技术的不断发展，寻找替代化石原料的清洁能源是人类可持续发展的必然要求，也是解决世界能源危机和环境问题的有效途径。锂离子电池正是在这个背景下出现的新型能源，与其他可充电电池相比，锂离子电池具有电压高、比能量高、充放电寿命长、无记忆效应、对环境污染小等优点，在竞争中脱颖而出，被人们称之为“最有前途的化学电源”。自1990年索尼公司生产出第一支商业化的锂离子电池后，经过20余年的发展，锂离子电池的生产和使用已经颇具规模，用于军事和民用小型电器等领域，如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机，电动车等，部分取代了传统电池，在社会各领域中扮演着日益重要的角色。

锂离子电池作为一种新型的高能电池在性能提高方面仍有很大的空间，而负极材料性能的提高是其中的关键。锂离子电池碳负极的研究和应用主要是围绕着石墨化碳和难石墨化碳两大类材料而展开的。锂离子电池的碳负极最先商业化应用的是石油焦，1993～1994年松下电池工业公司和三洋电机公司进入市场后采用了容量更高的石墨化碳材料，从此两大类碳材料的竞争也由此展开。两类碳负极材料的应用情况虽然没有准确的统计数据，但有专家估计目前市售的锂离子电池中有75%以上的负极材料采用的是石墨类碳材料。虽然目前有很多具有发展前景的非碳类材料有可能应用于锂离子电池电极领域，但它们仍面临很多的挑战。因此今后在很长一段时间内，锂离子电池容量的提高仍将依赖于碳负极材料的发展与完善。

目前，碳材料仍然是最主要的商业化锂离子电池负极材料。为了满足更高的需求，探索新型碳负极材料成了研究的热点。纳米材料在锂离子电池中的应用越来越为人们所重视，大量的研究表明这些材料具有极好的充放电性能和循环性能，是未来锂离子电池极有希望的负极材料。

纳米材料及纳米复合材料具有比表面大，锂离子嵌入/脱出深度小、行程短的特性，因此用纳米材料作为锂离子电池电极的活性物质，能够使电极在大电流下充放电极化程度小、可逆容量高、循环寿命长等优点。另外，纳米材料的高空隙率为有机溶剂分子的迁移提供了自由空间，其有机溶剂具有良好的相溶性，同时也给锂离子的嵌入/脱出提供了大量的空间，进一步提高嵌锂容量及能量密度。

气相生长碳纤维作为一种新型碳材料具有导电性好、比表面积大、力学性能优良、比电容高等优点，使其在超级电容器、锂离子电池、燃料电池、生物传感器、复合材料等方面具有广阔的应用前景。特别是2010年英国物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因为石墨烯的研究而获得诺贝尔奖再次激起了人们对于碳材料的研究热度。

螺旋纳米碳纤维除了具有平直纳米碳纤维的特性，如低密度、高强度、耐高温、耐腐蚀、导电等优异性能外，其特殊的螺旋结构使其具有优异的力学性能、电磁性能和光学性能，还具有典型的手性、高弹性、良好的吸波性能。

在碳材料中，螺旋纳米碳纤维拥有天然的微米级孔结构和大比表面积，已有的研究表明螺旋纳米碳纤维自身主要由纳米级石墨片层间夹无定形碳和多层富勒烯等所构成，由于形貌呈螺旋状，这使其中的纳米级石墨片层发生扭曲，从而在宏观尺度上表现出无序碳结构特征。在储能研究中，有数据反映螺旋纤维极化电极比电容达到 40F/g表现出较好的储能功能，然而有关这种碳的螺旋结构体在充放电过程中的电化学行为，目前还少见报道。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种螺旋钠米碳纤维作为锂离子电池负极材料的应用及锂离子电池负极的制备方法。

本发明的技术方案是这样实现的：

螺旋钠米碳纤维作为锂离子电池负极材料的应用，是将螺旋钠米碳纤维作为锂离子电池负极材料的一种，用于制备锂离子电池负极。

锂离子电池负极的制备方法，先将螺旋纳米碳纤维、导电剂和粘接剂按质量份80：8-15：10-15混合，然后（在研钵中）搅拌成均匀的浆状物，再将浆状物均匀的涂在铜集流体上，最后在110℃下真空干燥20h以上，即得锂离子电池负极。