[发明专利]高聚物热解碳为负极的锂离子电池

说明书

本发明涉及一种锂离子电池，其负极是以高聚物热解碳为主要成分的混合体，所用的高聚物热解碳，是以聚苯为原料，以简单、安全和低成本的方法制得。该电池的容量(以负极活性物质的量计，以下同)介于350-454mAh/g之间。

锂离子电池在近些年来受到相关研究人员和产业界人士的特别关注，但其关键是正负极材料的制备及其优良性能，即力求获得比容量高，结构稳定的正负极。石油焦炭和石墨经过特殊处理曾用作锂离子电池的负极材料，但二者的比容量均不太高，前者为180mAh/g左右，后者最高为350mAh/g。随后，经过进一步的发展，采用高聚物热解得到的碳质材料作负极活性材料，得到了较好的效果。据Science 1994(264)556报导，在氢气气氛中，于700℃热解聚苯，以如此得到的热解碳作负极，比容量可达到680mAh/g。但用氢气作处理气氛，成本高，危险性大，而且，据J.Electrochem.Soc.1944(11)L143报导，上述方法制得的热解碳的比容量与热处理温度密切相关，同时，在以后的充放电过程中，容量逐渐损失。因此，使用以上的聚苯热解碳材料作为电池的负极，尚未制得符合实际应用的锂离子电池产品。

本发明的目的是，针对以上所述的缺陷，提供一种适用的锂离子电池，其负极是以聚苯热解碳为主要组分，配以导电剂、稳定剂和黏接剂等构成。其中的聚苯热解碳是以简单、安全和低成本的新方法制得。

本发明的锂离子电池包括：

1.负极：其组成包括：聚苯热解碳、导电剂、稳定剂和黏接剂，它们的重量比依次

  为：99.4-35％∶0.5-16％∶0-40％∶0.1-10％。

    其中的聚苯热解碳由下述方法制得：将氢与碳的原子比为0.2-0.8的聚苯

在流速为每分钟0.01-10升的氮气流中热解，升温速度为每分钟2-40℃，保持

600-1100℃热处理0.5-48小时，然后降温，以每分钟1-35℃的速率降至15-25℃。

如此制得的热解碳为无序碳与其重量0,001-2％的石墨微晶之混合体。

    其中的导电剂，选自石墨或炭黑，或者它们的混合物，其混合重量比依次

为(1-2)∶(2-3)。

其中的稳定剂，选自包括：氯化铵、碳酸铵或碳酸氢铵，或者它们的混合物，它们中的任两种依次混合时，其重量混合比为(0.5-1)∶(1-2))；三种混合时，其重量混合比依次为(0.5-1)∶(1-2))∶(2-5)。

其中的黏接剂，选自聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。

2.正极：由嵌锂的过渡金属氧化物构成，选自包括：嵌锂氧化钴、嵌锂氧化镍或嵌锂氧化锰等嵌锂的过渡金属氧化物。

3.电解液：为锂盐的有机混合溶剂溶液，浓度为1摩尔/升，锂盐选自包括；高氯酸锂、四氟硼酸锂或六氟磷酸锂。

其中的有机溶剂选自：碳酸乙酯、碳酸二乙酯、碳酸丙烯酯、乙二醇二甲醚它们中的任何两种的组合，其体积混合比为一比一。

4.隔膜：为高分子聚合物微孔薄膜，包括：聚丙烯微孔薄膜等。

如上构成的锂离子电池充电后，锂离子嵌入负极，形成工作电池，连续充放电测定其容量，以负极活性物的重量计，不同电池的可逆比容量介于350-454mAh/g之间。该电池能与多种电解液配合，有良好的循环性能。

本发明的锂离子电池的制备方法，其包括：

(1).负极的制备：

A.制备聚苯热解碳，将氢与碳的原子比为0.2-0.8的聚苯在流速为每分钟0.01-10升的氮气流中热解，升温速度为每分钟2-40℃，保持600-1100℃热处理0.5-48小时，然后降温，以每分钟1-35℃的速率降至15-25℃，即可得到所需的前述热解碳。

B.于一定量的以上制得的热解碳中加入其重量0-20％前述的稳定剂，再分别加入热解碳重量0.5-20％的前述的导电剂和0.1-15％的前述的黏接剂，研磨均匀后，用已知的方法制成碳负极。

(2).选择前述的嵌锂的过渡金属氧化物作正极。

(3).配制电解质混合有机溶剂溶液，浓度为1摩尔/升，电解质选用前述的锂盐；有机溶剂选自前述溶剂的任何两种的组合，它们的混合体积比为一比一。

(4).选用高分子聚合物多孔薄膜作隔膜。

将上列各材料根据其功能要求组装成大小不同的各种模型电池，即为本发明的锂离子电池。

本发明的优点是：

(1).用成本低廉、安全的方法制得聚苯热解碳，且其性能稳定可靠。

(2).负极由聚苯热解碳与导电剂、稳定剂和黏接剂混合制成碳负极，使其有高度的可逆性。