[发明专利]适用于低温的锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种适用于低温的锂离子电池负极材料及其制备方法；所述的制备方法包括：(1)对石墨粉进行改性处理；(2)将改性石墨粉分散到有机溶剂中，缓慢加入到熔融的己内酰胺中；(3)用软碳层材料包覆吸附有己内酰胺的改性石墨粉，再浸没到乙醇溶液中浸泡；(4)用硬碳层材料包覆多孔软碳包覆的改性石墨粉；(5)高温固化和碳化处理，得到所述的锂离子电池负极材料；本发明采用软碳、硬碳包覆石墨材料的方式制得锂离子电池的负极活性材料，软碳包覆的石墨材料的结构致密，其固相扩散系数大，满足了常规锂离子电池对于循环寿命、安全性能和高倍率充放电的性能要求，提高了锂离子电池在低温下的使用性能。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种适用于低温的锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。自成功开发以来，锂电池以清洁能源、高效能源的优点而受到市场的热捧。然而随着锂离子电池在极地考察、航空航天等极端环境下的运用中，发现锂离子电池的充放电效率、循环性能均下降，尤其是电池容量急剧下降而不能满足要求。

锂离子电池的正极材料很多，主流产品多采用锂铁磷酸盐；放电时锂离子嵌入，而充电时锂离子脱嵌。锂离子电池的负极材料包括有碳负极材料、锡基负极材料、含锂过渡金属氮化物负极材料、合金类负极材料、纳米氧化物类负极材料等。现有技术的研究发现，低温时锂离子在电解液中的传质阻抗和石墨界面电荷转移阻抗急剧增大，锂离子在SEI膜中的扩散速度急剧降低，使得电极表面电荷累积程度加深，导致石墨嵌锂能力显著下降。为了改善石墨的低温充放电性能，需要对石墨进行改性处理，常见的改性方法包括表面氧化、表面还原、碳包覆、掺杂其它非炭元素等，在众多的改性方法中，采取在石墨表面包覆能够抑制SEI膜形成的材料，如碳包覆，金属包覆和金属氧化物包覆等是最有效的方法，且易于形成工业化。经过包覆处理的石墨，其表面直接与电解液接触的部分减少，进而抑制了SEI膜的形成，石墨的低温性能得到改善。

如申请号为“CN201210309061.7”的中国专利公开了一种锂离子电池碳负极材料及其制备方法，以天然石墨为核心，热解碳为包覆材料，在包覆过程中掺杂碳纳米管，经该方法处理制备得到的天然石墨在-10℃的容量保持率为84.6％，-20℃的容量保持率为75.2％，大倍率充放电性能良好，但是该工艺比较复杂，产品的成本较高，且制备过程较难控制。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种适用于低温的锂离子电池负极材料的制备方法，制备得到的锂离子电池负极具有较好的低温使用性能，即满足锂离子电池在低温下的循环寿命、安全性能和高倍率充放电性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种适用于低温的锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将石墨粉球磨处理至粒径为10～20μm，接着在惰性气体氛围中加热至950～1200℃高温处理，待石墨粉冷却后加入表面活性剂中搅拌，得到改性石墨粉；

(2)将步骤(1)中的改性石墨粉分散到有机溶剂中，接着在惰性气体氛围中缓慢加入到熔融的己内酰胺中，保持己内酰胺的加热温度使其保持熔融状态，搅拌混合1～2h；

(3)将软碳层材料与步骤(2)中吸附有己内酰胺的改性石墨粉混合研磨，接着在100～150℃下加热搅拌30～120min，然后冷却并将软碳包覆的改性石墨粉浸没到乙醇溶液中浸泡处理20～30min，然后捞起干燥，得到多孔软碳包覆的改性石墨粉；

(4)将硬碳层材料溶解在有机溶剂中，然后将步骤(3)中的多孔软碳包覆的改性石墨粉浸没到溶解有硬碳层材料的有机溶剂中，搅拌混合，接着静置并蒸干有机溶剂，过筛处理；

(5)将步骤(4)中经过硬碳层材料包覆的改性石墨进行高温固化和碳化处理，得到所述的锂离子电池负极材料。