[发明专利]一种高能量密度快充石墨负极材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种种高能量密度快充石墨负极材料的制备方法，首先制备出铌酸钛化合物，之后与沥青、石油焦或沥青焦混合均匀，采用等离子技术，在真空度为（1‑5）×10^‑3Pa，通入500‑1000sccm的三氟化氯气体，并在温度为50～100℃的温度下进行沉积10～60min；之后通过液相法在其表面包覆铌酸钛化合物复合体，即得。本发明能提升石墨负极材料能量密度及快充性能、降低阻抗。

技术领域

本发明属于锂离子电池材料制备领域，具体的说是一种高能量密度快充石墨负极材料的制备方法。

背景技术

随着电动汽车对锂离子电池能量密度要求的提高，要求锂离子电池负极材料在具有高能量密度的同时，材料的快充性能也应得到提升。目前的市场化负极材料主要以人造石墨，天然石墨为主，存在能量密度与快充性能不能兼顾的问题，比如通过石墨化度提升材料的能量密度，但是会造成材料层间距变小，降低其充电倍率。而金属氧化物作为负极材料具有高的比容量(500-1000mAh/g)及其优异的电子导电率，但是存在膨胀偏大、首次效率偏低的问题，不能直接作为负极材料使用，需要通过包覆在石墨表面一方面提升能量密度，另一方面改善功率性能。比如中国专利公告号CN108183039B公开了碳修饰铌酸钛材料的制备方法、碳修饰铌酸钛材料、锂离子电容器及其负极浆料，其制备过程是通过液相法在铌酸钛表面包覆无定形碳，均匀性差，且碳源为乙醇、乙二醇，草酸碳化后阻抗偏大，各向同性差等缺陷，且铌酸钛与无定形碳之间是通过热处理得到碳修饰的铌酸钛材料，碳与铌酸钛仅仅是通过物理吸附结合在一块，结合力偏差，影响阻抗。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种能提升石墨负极材料能量密度及快充性能、降低阻抗的高能量密度快充石墨负极材料的制备方法。

本发明的一种高能量密度快充石墨负极材料的制备方法，包括步骤如下：

(1)铌酸钛的制备：按照Ti：Nb摩尔比1:(2～3)称量二氧化钛和五氧化二铌粉，用去离子水混合均匀并投入球磨机50r/min球磨6h，在进风温度200℃、出风温度100℃、蒸发量100kg/h喷雾干燥1h，700℃高温烧结3h，得到铌酸钛化合物；

(2)按照沥青：石油焦或沥青焦质量比为1～10：100，称取沥青、石油焦或沥青焦，添加到球磨机中研磨均匀，并转移到真空腔中，真空抽至(1-5)×10^-3Pa，通入500-1000sccm的三氟化氯气体，并在温度为50～100℃的温度下进行沉积10～60min，得到石墨前驱体材料；

(3)按铌酸钛：有机树脂混合溶液：石墨前驱体材料质量比为(1～10)：(10～30)：100，将铌酸钛添加到有机树脂混合溶液中，分散均匀后添加石墨前驱体材料，在进风温度150℃、出风温度80℃、蒸发量50kg/h喷雾干燥1h，并在惰性气氛下升温到700～1100℃碳化1～6h，得到石墨负极材料。

上述的一种高能量密度快充石墨负极材料的制备方法，其中：所述步骤(3)中的有机树脂混合溶液，按质量份计，为50～200份丙三醇，10～20份对苯二甲酸，1～10份季戊四醇，20～50份苯乙烯，1～10份丙烯酰胺，1～10份甲基四氢邻苯二甲酸单钠盐的混合物。

本发明与现有技术相比，具有明显的有益效果，从以上技术方案可知：本发明通过在石墨表面包覆铌酸钛，利用其铌酸钛自身结构稳定、离子导电率高的特性提升其充放电过充中锂离子的传输速率；同时铌酸钛与无定形碳混合一方面改善铌酸钛加工难题，并依靠无定形碳电子导电率高的特性，提升功率性能。通过采用等离子技术，将三氟化氯气体在高压下分解掺杂，提升石油焦转化为石墨的速率并减少材料表面的缺陷，提升材料的首次效率及其比容量；同时对石墨表面进行三氟化氯进行表面改性，会在材料的内部留下纳米/微米孔洞，提升其充放电过程中锂离子的嵌脱速率，提升倍率性能。本方法制得的石墨负极材料，比容量≥355mAh/g，压实密度≥1.65g/cm³，粉体OI值≤3，比表面积：1-2m²/g，石墨化度≥95％。