[发明专利]一种可用于快速充电的锂离子电池的负极的制备方法

说明书

本发明公开本发明公开了一种快充锂离子电池石墨负极的改性方法，属于锂离子电池快充领域。本发明通过酸腐蚀与氧化性条件下层间离子嵌入的方法处理层状石墨，用于快充锂离子电池负极材料。采用的技术方案是将层状石墨置于一定浓度具有一定氧化性的酸性混合溶液中，控制温度在25‑35℃左右，混合一定的时间后过滤、洗涤。通过氧化性酸的腐蚀及可嵌入离子的作用使得到多孔的、层间距较大的石墨材料，用于快充锂离子电池负极。相对于其他快充负极材料，本发明工艺流程简单、成本低、设备易实现。制备的材料具有层间距增大、表面微孔增多，且不会改变材料的层状结构并且具有增大锂离子的迁移通道，限制锂枝晶生长，减小大电流下锂离子迁移阻力的优点。

技术领域

本发明属于锂离子电池快充领域，尤其是可用于快速充电的锂离子电池的负极的制备方法。

背景技术

随着信息化时代的发展，我们的生活节奏变得越来越快。电池的快速充电实现将会给人们带来很多方便。因此快充型锂离子电池得到了越来越多的关注，尤其是关于电动汽车。但实现锂离子电池的快速充电还面临很多问题，电池极化严重，而负极材料是制约这一性能的关键因素。因此选择和制备合适的负极材料是实现锂离子电池快速充电的关键。

Li₄Ti₅O₁₂为尖晶石结构，晶格常数变化很小，同时体积变化也很小(小于1％)，是一种很好的零应变材料，且在电池工作过程中无固体电解质界面膜(SEI膜)，是目前在快充锂离子电池方面研究最多的材料。但它的平台电压较低，容量小，降低了电池体系的能量密度。多孔硬碳在快充锂离子电池应用方面具有一定的效果，但制备成本较高。石墨负极成本低，平台高，能量密度与体积密度大，仍是商业应用最多的负极材料。因此，对石墨负极材料进行改性研究以满足快充条件具有重要意义。

但石墨材料用于快充锂离子电池存在很多问题，尤其是锂离子在石墨负极中的扩散速率很低，使大电流充电状态下电池的极化严重，较易在负极表面析锂。而通过增大层状石墨材料的层间距，增大孔隙率，可增大锂离子的传输通道，减小迁移阻力，利于大电流作用下锂离子的快速迁移。同时负极表面的多孔结构可有效阻碍锂枝晶的生长。目前对可快速充电的石墨处理方法主要是KOH活化腐蚀，主要通过KOH腐蚀活化比表面积再高温烧结的方法形成多通道结构，使石墨层间距增大，材料内部产生纳米微孔。此方法处理后的石墨材料具有较好的快充性能。但是此方法反应周期长、需真空煅烧，能量消耗较大，且选择的原料成本较高。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种流程简单，低成本，设备简单，利于产业化的可用于快速充电的锂离子电池的负极的制备方法。为此，现提出如下技术方案：

一种用于快速充电锂离子电池的石墨负极制备方法，对石墨材料氧化腐蚀并进行离子层间嵌入处理，使处理后的石墨材料层间距变大，有纳米微孔形成。

对上述方案的进一步改进，所述用于快速充电的石墨负极的制备方法包括以下步骤：

步骤1)：取一定量的石墨材料，在一定温度条件下放入以一定比例混合的氧化性酸溶液与层间嵌入离子盐混合溶液中磁力搅拌反应一定时间；

步骤2)：将步骤1中反应后的混合物用弱碱溶液洗涤至中性后，用去离子水洗涤、过滤、干燥。

对上述方案的进一步改进，所述步骤1)还可为：向氧化性酸溶液中加入一定量的石墨材料，在一定温度下的水浴锅中磁力搅拌一段时间后，加入嵌入离子盐溶液溶液，搅拌混合3-8h后静置。

对上述方案的进一步改进，步骤1)中所述的嵌入离子盐溶液是离子半径大于锂离子的中性或弱酸性碱金属离子盐的一种或多种。

对上述方案的进一步改进，所述嵌入离子盐溶液为硝酸钾溶液、硝酸钠溶液、氯化钾溶液、氯化钠溶液、碳酸钾溶液、碳酸钠溶液、醋酸钠溶液、醋酸钾溶液的一种或多种，优选硝酸钾溶液、氯化钾溶液中的一种。