[发明专利]一种锂离子动力电池用负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子动力电池用负极材料的制备方法，属于锂离子电池技术领域。

背景技术

随着世界经济发展，能源短缺、环境污染等问题日益突出，可再生、无污染的新能源技术越来越受到关注，高效储能装置就是其中一种。在高效储能装置中，锂离子电池以其高能量密度、高电压、长循环寿命、无污染、无记忆效应等优势成为未来10～20年最具发展潜力的高效储能装置之一。

随着锂离子电池应用范围的不断扩大，不同应用领域对锂离子电池的性能要求也越来越高。在影响锂离子电池性能的诸多因素中，电极材料对锂离子电池的性能起着决定性的作用。目前常用的正极材料方面的研究使常用的正极材料的性能不断提升并逐渐接近其极限，多种正极材料的比容量已经接近其理论容量，继续提升的空间被不断缩小。鉴于此，对负极材料性能的提高就显得更有意义。在众多的负极材料中，石墨化碳材料由于具有良好的层状结构，非常适合于锂离子的嵌入和脱嵌，形成的石墨－锂层间化合物Li-GIC具有很高的比容量，接近LiC₆的理论比容量372mAh/g；同时还具有良好的充放电电压平台和较低的嵌脱锂电位，与常用的正极材料，如LiCoO₂、LiMn₂O₄等匹配性较好，所组成的电池平均电压高，放电平稳，因此目前商品化锂离子电池大量采用石墨类碳材料作为负极材料。

但是，石墨材料的缺点也非常明显，第一，石墨材料由于石墨化程度高，具有高度取向的石墨层状结构，与有机溶剂的相容性较差，在首次充放电时，锂与有机溶剂会发生石墨层间的共嵌入，造成石墨层剥离、石墨颗粒发生崩裂和粉化，导致电极结构破坏，电池的循环性能降低。第二，由于石墨的片状结构只允许锂离子沿石墨晶体的边界嵌入和脱出，反应面积小，扩散路径长，一般不适合大电流充放电，限制了锂离子电池在动力电池等领域的发展。第三，石墨负极材料在粉体制备时的粉碎过程中易形成具有大的长径比的片状颗粒，片状颗粒在电极制备时的辊压过程中易形成平行于集流体的定向排列，在反复充放电过程中，锂离子进入和脱出石墨晶体内部会引起石墨的c轴方向产生较大应变，导致电极结构破坏，影响了循环性能；片状石墨颗粒定向排列的结果还会造成锂离子从石墨晶体的侧面进入和脱出的阻力加大，使其快速充放电性能变差。第四，由于片状颗粒的石墨晶体与球形和块状石墨颗粒相比具有较大的比表面积，容易导致锂离子发生不可逆嵌入，造成锂离子电池负极材料在首次充放电过程中具有较大的不可逆容量。

为了提高石墨材料的综合性能，比较常见的方法对石墨材料进行改性，如掺杂和包覆。公开号为CN1697215A的中国发明专利(公开日为2005年11月16日)公开了一种锂离子电池复合碳负极材料的制备方法，具体公开了其制备方法包括粉碎、球形化处理、纯化处理、洗涤、多价态过渡金属盐溶液浸渍、有机物包覆、碳化等步骤。该方法制得的负极材料具有较好的脱嵌锂能力及循环稳定性。但是，上述负极材料比容量较低，循环性能仍有待提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种比容量高、循环性能好的锂离子动力电池用负极材料的制备方法。

为了实现以上目的，本发明的锂离子动力电池用负极材料的制备方法的技术方案如下：

一种锂离子动力电池用负极材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将石墨材料或中间相碳微球或沥青热解碳加入掺杂剂水溶液中，温度为10-80℃，浸渍5-60h，过滤，烘干，得掺杂前驱体；

所述石墨材料为天然石墨、人造石墨中的一种；

所述掺杂剂为水溶性锂化合物或水溶性锂化合物和水溶性过渡金属盐；

掺杂剂为水溶性锂化合物时，掺杂剂水溶液的质量百分比浓度为0.1-10％，水溶性锂化合物与石墨材料或中间相碳微球或沥青热解碳的质量比为0.1-10:100；

掺杂剂为水溶性锂化合物和水溶性过渡金属盐时，掺杂剂水溶液中水溶性锂化合物的质量百分比浓度为0.1-10％，水溶性过渡金属盐的浓度为0.2-8％，水溶性锂化合物、水溶性过渡金属盐及石墨材料或中间相碳微球或沥青热解碳的质量比为0.1-10:0.2-8：100；

2)将步骤1)制得的掺杂前驱体与包覆碳源混匀，在保护气氛下，800-2800℃保温2-20h，得复合材料，冷却，即得锂离子动力电池用负极材料；

所述包覆碳源与所述掺杂前驱体的质量比为0.5-20:100。