CN101859893A - 一种锂离子电池负极材料的制备方法 - Google Patents

一种锂离子电池负极材料的制备方法 Download PDF

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吴合年
李炽强
孙嘉遥
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Abstract

本发明公开了一种锂离子电池负极材料的制备方法，在天然石墨上利用酚醛树脂进行包覆，在天然石墨表面形成无定形碳包覆层。本发明对天然石墨进行包覆后，石墨平均粒径增大，石墨表面比包覆前光滑，在通过树脂包覆并碳化处理后，在石墨表面形成了一薄层无定形碳，从而得到一种具有核壳结构的无定形碳包覆石墨锂离子电池负极材料，可以明显改善锂离子电池的充放电性能和循环性能，同时，对天然石墨进行酚醛树脂包覆制备的锂离子电池负极材料与电解液的适配性更佳，进一步改善了电池的循环性能。

Description

一种锂离子电池负极材料的制备方法
技术领域
本发明涉及锂离子电池领域，特别涉及锂离子电池用负极材料的制备方法。
背景技术
天然石墨被广泛用作锂离子电池的负极材料，但天然石墨与电解液的相容性较差，在嵌／脱锂过程中易发生石墨层的剥离而导致循环性能下降，因而限制了纯天然石墨在锂离子电池中的应用。无定形炭负极材料与石墨相比，具有循环性能好、嵌／脱锂时体积变化小、不易析出金属锂以及电池易于达到平衡等优点，但无定形炭在首次充放电过程中呈现出很大的不可逆容量损失(大于20％)，且存在很大的电压滞后现象。
发明内容
本发明为克服上述技术缺陷，公开了一种锂离子电池负极材料的制备方法，可以明显改善锂离子电池的充放电性能和循环性能，还可增强负极材料与电解液的适配性，进一步改善电池的循环性能。
本发明的技术方案如下所述：
 一种锂离子电池负极材料的制备方法，在天然石墨上利用酚醛树脂进行包覆，在天然石墨表面形成无定形碳包覆层。
本发明的锂离子电池负极材料的制备方法包括如下步骤，
(1)、将适量的酚醛树脂溶于酒精；
(2)、称取适量的天然石墨，所述酚醛树脂和石墨的重量比为10～30：100；
(3)、将石墨与酚醛树脂混合、搅拌，在100～160℃下固化；
(4)、将固化产物冷却至室温，磨粉；
(5)、将步骤（4）产物进行碳化，碳化条件为升温至400℃～800℃，保温
1～3小时，得到负极材料。
所述固化温度为120～135℃。
所述碳化条件为升温至500～800℃，保温2小时。
以重量计，所述酚醛树脂和天然石墨比例为10～25:100。
优选地，所述酚醛树脂和天然石墨比例为10～20:100。
更优选地，所述酚醛树脂和天然石墨比例为15:100。
所述天然石墨为天然微晶石墨。
 本发明的有益效果在于：对天然石墨进行包覆后，石墨平均粒径增大，石墨表面比包覆前光滑，在通过树脂包覆并碳化处理后，在石墨表面形成了一薄层无定形碳，从而得到一种具有核壳结构的无定形碳包覆石墨负极材料，可以明显改善锂离子电池的充放电性能和循环性能。同时，对天然石墨进行包覆，其负极材料与电解液的适配性更佳，进一步改善了电池的循环性能。
具体实施方式
本发明公开的的一种锂离子电池负极材料的制备方法，是在天然石墨上利用酚醛树脂进行包覆，从而在天然石墨表面形成无定形碳包覆层，明显改善了锂离子电池的充放电性能和循环性能。
下面将通过具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
将适量的酚醛树脂溶于酒精，称取适量的天然石墨，所述酚醛树脂和石墨的重量比为15：100，将石墨与酚醛树脂混合、搅拌，在120℃下固化，将固化产物冷却至室温，磨粉，然后进行碳化，碳化条件为升温至600℃，保温1.5小时，得到本发明的锂离子电池负极材料。
为检验利用本实施例制备的锂离子电池负极材料的性能，用该电池负极材料制备锂离子电池。其中负极材料：导电乙炔黑：SBR粘结剂：CMC增稠剂为94.5：1：2.5：2的质量比，混合成浆料涂覆到铜箔上并于真空干燥箱内干燥12小时制成负极片，与钴酸锂体系正极组成锂离子电池，电解液为1mol/l的LiPF6/（EC+DME），隔膜采用Celgard2400膜(从市场购买的隔膜)。
测试结果表明，锂离子电池的首次充放电效率达92.5%，500次循环充放电后，容量保持率83%。
实施例2
将适量的酚醛树脂溶于酒精，称取适量的天然微晶石墨，所述酚醛树脂和石墨的重量比为10：100，将石墨与酚醛树脂混合、搅拌，在130℃下固化，将固化产物冷却至室温，磨粉，然后进行碳化，碳化条件为升温至550℃，保温2.5小时，得到本发明的锂离子电池负极材料。
为检验利用本实施例制备的锂离子电池负极材料的性能，用该电池负极材料制备锂离子电池。锂离子电池制备方法同实施例1。
测试结果表明，锂离子电池的首次充放电效率达91.3%，500次循环充放电后，容量保持率81.5%。
实施例3
将适量的酚醛树脂溶于酒精，称取适量的天然微晶石墨，所述酚醛树脂和石墨的重量比为25：100，将石墨与酚醛树脂混合、搅拌，在135℃下固化，将固化产物冷却至室温，磨粉，然后进行碳化，碳化条件为升温至700℃，保温2小时，得到本发明的锂离子电池负极材料。
为检验利用本实施例制备的锂离子电池负极材料的性能，用该电池负极材料制备锂离子电池。锂离子电池制备方法同实施例1。
测试结果表明，锂离子电池的首次充放电效率达90.5%，500次循环充放电后，容量保持率82.5%。
实施例4
将适量的酚醛树脂溶于酒精，称取适量的天然微晶石墨，所述酚醛树脂和石墨的重量比为30：100，将石墨与酚醛树脂混合、搅拌，在155℃下固化，将固化产物冷却至室温，磨粉，然后进行碳化，碳化条件为升温至700℃，保温2小时，得到本发明的锂离子电池负极材料。
为检验利用本实施例制备的锂离子电池负极材料的性能，用该电池负极材料制备锂离子电池。锂离子电池制备方法同实施例1。
测试结果表明，锂离子电池的首次充放电效率达90.2%，500次循环充放电后，容量保持率80.2%。
由上述实施例可以看出，利用本发明制备的锂离子电池的负极材料其首次充放电效率达90%以上，500次循环充放电容量保持率在80%以上。
本发明对天然石墨进行包覆后，石墨平均粒径增大，石墨表面比包覆前光滑，在通过树脂包覆并碳化处理后，在石墨表面形成了一薄层无定形碳，从而得到一种具有核壳结构的无定形碳包覆石墨负极材料。可以明显改善锂离子电池的充放电性能和循环性能。同时，对天然石墨进行包覆，其负极材料与电解液的适配性更佳，可以增加电池的循环性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：在天然石墨上利用酚醛树脂进行包覆，在天然石墨表面形成无定形碳包覆层。
2.如权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，
（1）将适量的酚醛树脂溶于酒精；
（2）称取适量的天然石墨，所述酚醛树脂和石墨的重量比为10～30：100；
（3）将石墨与酚醛树脂混合、搅拌，在100～160℃下固化；
（4）将固化产物冷却至室温，磨粉；
（5）将步骤（4）产物进行碳化，碳化条件为升温至400℃～800℃，保温1～3小时，得到负极材料。
3.如权利要求2所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述固化温度为120～135℃。
4.如权利要求2所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述碳化条件为升温至500～800℃，保温2小时。
5.如权利要求1-4任意一项所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：以重量计，所述酚醛树脂和天然石墨比为10～25:100。
6.如权利要求5所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述酚醛树脂和天然石墨比为10～20:100。
7.如权利要求6所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述酚醛树脂和天然石墨比为15:100。
8.如权利了要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于：所述天然石墨为天然微晶石墨。
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