[发明专利]一种微晶石墨材料作为锂离子电容器负极材料的应用

说明书

本发明涉及一种碳纳米管脲醛树脂碳包覆球形微晶石墨作为锂离子电容器负极材料的应用，本发明中锂离子电容器包括正极片、负极片、隔膜和电解液，其中负极片所用的负极材料为微晶石墨经过预处理、整形、提纯和干燥步骤处理得到的球形微晶石墨材料，然后以此为原料制备锂离子电容器。该锂离子电容器在0.1C倍率下充放电时，首次充放电循环充电容量为396 mAh/g，0.1C首次效率高达96.5%。本发明所使用的原料廉价、生产周期短，具有明显的社会和经济效益、易于实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及锂离子电容器领域，更具体地，涉及一种碳纳米管/脲醛树脂碳包覆球形微晶石墨作为锂离子电容器负极材料的应用。

背景技术

锂离子电容器是20世纪末开发成功的一种无污染的绿色电容器，与传统电容器相比，具有平均放电电压高、体积容量和质量容量都比较大，放电时间长，质量轻等优点。锂离子二次电容器在炭材料用作负极的推动下迅速市场化，但锂离子电容器在迅速市场化的同时，也存在着一些问题，如在低温条件下使用时，在充放电过程中会出现析锂现象而导致电容器的放电容量、容量保持率以及循环寿命等一些重要指标将会发生急剧的下降。目前大多数解决的办法是通过更换低温电解液来改善其低温性能，但在满足其低温性能的同时，其他性能却难以得到满足，并未从根本上解决问题。

石墨的理论嵌锂容量为372mAh/g，其结晶完整并具有高取向性，在锂离子嵌入和脱出的过程中，在d002方向会产生10％左右的膨胀和收缩，其层状结构在循环过程中易被破坏。另外在循环过程中难免会有电解质溶剂共嵌于石墨层间，由于有机溶剂的还原，在大电流下会产生气体膨胀，致使石墨片层剥落，造成活性物质不可逆损失以及固体电解质界面膜(SEI膜)的不断破坏和重生，从而导致循环寿命欠佳。但石墨也存在比容量偏低、首次充放电效率较低、锂离子在石墨中的扩散速度较慢等问题，针对以上问题，研究者通过热解炭包覆、与纳米碳材料(炭纤维或碳纳米管等)机械复合、表面氧化处理等手段来改性石墨，使石墨的电化学性能得到了有效改善，但是其首次可逆比容量和在高倍率下的循环稳定性等仍有待提高。

球形石墨是采用先进加工工艺对石墨表面进行改性处理，生产的不同细度，形似椭圆球形的石墨产品。球形石墨材料具有良好的导电性、结晶度高、成本低、理论嵌锂容量高、充放电电位低且平坦等特点，可作为锂离子电容器负极材料的重要部分。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种碳纳米管/脲醛树脂碳包覆球形微晶石墨作为锂离子电容器负极材料的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种微晶石墨材料作为锂离子电容器负极材料的应用，所述锂离子电容器包括正极片、负极片、电解液和隔膜，所述负极片的制备方法为：首先向搅拌分散机内注入125wt％的去离子水，再向搅拌罐内加入3wt％的羧甲基纤维素钠，以36r/min的转速搅拌65min；向搅拌罐中加入95wt％的微晶石墨材料和4wt％的导电炭黑，待充分润湿后，抽真空至-0.095Mpa，以55r/min的转速真空搅拌250min；向搅拌罐内加入2wt％的丁苯橡胶，抽真空至-0.095Mpa，以35r/min的转速真空搅拌85min；将上述浆料过200目筛；利用转移式涂布机涂布于10μm厚的贯穿多孔铜箔的正反两面上，干燥之后单面涂布厚度为60μm，涂布速度为3.5m/min，并在鼓风干燥箱中88℃下烘干；将干燥后的极片利用辊压机压实后得到负极极片；

其中，所述微晶石墨材料为碳纳米管/脲醛树脂碳包覆球形微晶石墨，由以下方法制备得到：

S1.以微晶石墨为原料，经过浮选、预处理、整形、提纯处理步骤得到球形微晶石墨；