发明内容
本发明的目的是为解决上述技术问题,提供一种锂离子动力电池容量型负极材料。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的:
一种锂离子动力电池容量型负极材料,所述的负极材料为具有包覆的核壳结构的复合石墨负极材料,所述的核是平均粒径为4.0~15.0μm粒度分布范围为0~80.0μm的天然石墨,所述的壳为酚醛树脂碳化后形成的硬碳。
作为上述技术方案的优选,所述负极材料的d002峰为0.335~0.336nm。
作为上述技术方案的优选,所述的复合石墨负极材料的粒径为4.0~15.0??m,粒度分布范围为0~80.0μm。
本发明的另一个目的是提供一种用于制备上述负极材料的方法。
一种锂离子动力电池容量型负极材料的制备方法,按下列顺序步骤进行:
①在质量浓度为5~10%的酚醛树脂的无水乙醇溶液中,加入天然石墨粉,天然石墨粉和酚醛树脂的重量比为1:(0.01~0.5),混合搅拌2~4小时;
②将上述混合物置入干燥箱中,在80~120℃条件下保持3~5小时;
③将上述烘干后的材料置入炭化炉中,在惰性气体氛围下,于800~1200℃热处理2~8小时,即得到所需复合材料。
本发明锂离子动力电池负极材料的制造方法中,所使用的天然石墨的颗粒为类球形,其平均粒径为D50=4.0~15.0??m;酚醛树脂为氨酚醛树脂,固含量为50~70%,固化温度为120~180℃,碳含量为60~80%。
本发明提供的锂离子动力电池容量型负极材料是一种用小粒径天然石墨和酚醛树脂制成的复合负极材料,其主要特点是通过在天然石墨表面热解酚醛树脂,形成一种天然石墨包覆硬碳材料的核壳结构,综合利用天然石墨和硬碳材料的优点,克服了传统天然石墨首次不可逆容量大、循环性能差等缺点,制备出一种容量、循环、倍率等电化学性能优异,与电解液相溶性好的动力锂离子电池负极材料。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
1、本发明综合利用了天然石墨和硬碳材料的优点,克服了传统天然石墨首次不可逆容量大、循环性能差等缺点;
2、本发明容量、循环、倍率等电化学性能优异,与电解液相溶性好;
3、本发明方法操作方便,易于实施。
具体实施方式
本具体实施例仅仅是对本发明的解释,其并不是对本发明的限制,本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改,但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
实施例一
一种锂离子动力电池容量型负极材料,是通过以下方法制得的:
① 称取酚醛树脂的无水乙醇溶液15.5g,加入140g无水乙醇把固含量稀释到5.7%,然后在稀释后的溶液中加入200g平均粒径3.0~9.0??m的天然石墨,天然石墨和酚醛树脂的重量比为100:4.4,将上述混合物在搅拌斧中进行机械搅拌2~4小时,使天然石墨和酚醛树脂混合均匀;
②将混合均匀后的溶液置入干燥箱中,按5~10℃/min升温速率加热至80~120℃,保持3~5小时进行干燥;
③取出干燥后的材料,装入坩埚,然后置入炭化炉中,在氮气保护下,按5~10℃/min升温速率加热至800℃,保持2小时后自然降至室温;
④碳化后的物料经过粉碎,然后过400目筛,即得到粒径4~15??m的锂离子动力电池容量型负极材料。
该负极材料具有以下特点:负极材料为复合石墨负极材料,并且具有包覆的核壳结构,所述的核为天然石墨,平均粒径为4.0~15.0μm,粒度分布范围为0~80.0μm,所述的壳为酚醛树脂碳化后形成的硬碳。所述负极材料的d002峰为0.335~0.336nm。
实施例二
一种锂离子动力电池容量型负极材料,是通过以下方法制得的:
①称取酚醛树脂的无水乙醇溶液15.5g,加入140g无水乙醇把固含量稀释到5.7%,然后在稀释后的溶液中加入200g平均粒径4.0~15.0??m的天然石墨,天然石墨和酚醛树脂的重量比为100:4.4,将上述混合物在搅拌斧中进行机械搅拌2~4小时,使天然石墨和酚醛树脂混合均匀;
②将混合均匀后的溶液置入干燥箱中,按5~10℃/min升温速率加热至80~120℃,保持3~5小时进行干燥;
③取出干燥后的材料,装入坩埚,然后置入炭化炉中,在氮气保护下,按5~10℃/min升温速率加热至1000℃,保持2小时后自然降至室温;
④炭化后的物料经过粉碎,然后过400目筛,即得到粒径4.0~15.0??m的复合负极材料。
该负极材料具有以下特点:负极材料为复合石墨负极材料,并且具有包覆的核壳结构,所述的核为天然石墨,平均粒径为4.0~15.0μm,粒度分布范围为0~80.0μm,所述的壳为酚醛树脂碳化后形成的硬碳。所述负极材料的d002峰为0.335~0.336nm。
实施例三
一种锂离子动力电池容量型负极材料,是通过以下方法制得的:
①称取酚醛树脂的无水乙醇溶液15.5g,加入140g无水乙醇把固含量稀释到5.7%,然后在稀释后的溶液中加入200g平均粒径4.0~15.0??m的天然石墨,天然石墨和酚醛树脂的重量比为100:4.4,将上述混合物在搅拌斧中进行机械搅拌2-4小时,使天然石墨和酚醛树脂混合均匀;
②将混合均匀后的溶液置入干燥箱中,按5~10℃/min升温速率加热至80~120℃,保持3~5小时进行干燥;
③取出干燥后的材料,装入坩埚,然后置入炭化炉中,在氮气保护下,按5~10℃/min升温速率加热至1200℃,保持2小时后自然降至室温;
④炭化后的物料经过粉碎,然后过400目筛,即得到粒径4.0~15.0??m的复合负极材料。
该负极材料具有以下特点:负极材料为复合石墨负极材料,并且具有包覆的核壳结构,所述的核为天然石墨,平均粒径为4.0~15.0μm,粒度分布范围为0~80.0μm,所述的壳为酚醛树脂碳化后形成的硬碳。所述负极材料的d002峰为0.335~0.336nm。
实施例四
一种锂离子动力电池容量型负极材料,是通过以下方法制得的:
①称取酚醛树脂的无水乙醇溶液25.8g,加入140g无水乙醇把固含量稀释到5.7%,然后在稀释后的溶液中加入200g平均粒径4.0~15.0??m的天然石墨,天然石墨和酚醛树脂的重量比为100:7.5,将上述混合物在搅拌斧中进行机械搅拌2-4小时,使天然石墨和酚醛树脂混合均匀;
②将混合均匀后的溶液置入干燥箱中,按5~10℃/min升温速率加热至80~120℃,保持3~5小时进行干燥;
③取出干燥后的材料,装入坩埚,然后置入炭化炉中,在氮气保护下,按5~10℃/min升温速率加热至1000℃,保持2小时后自然降至室温;
④炭化后的物料经过粉碎,然后过400目筛,即得到粒径4.0~15.0??m的复合负极材料。
该负极材料具有以下特点:负极材料为复合石墨负极材料,并且具有包覆的核壳结构,所述的核为天然石墨,平均粒径为4.0~15.0μm,粒度分布范围为0~80.0μm,所述的壳为酚醛树脂碳化后形成的硬碳。所述负极材料的d002峰为0.335~0.336nm。
实施例五
一种锂离子动力电池容量型负极材料,是通过以下方法制得的:
①称取酚醛树脂的无水乙醇溶液51.7g,加入140g无水乙醇把固含量稀释到5.7%,然后在稀释后的溶液中加入200g平均粒径4.0~15.0??m的天然石墨,天然石墨和酚醛树脂的重量比为100:15.0,将上述混合物在搅拌斧中进行机械搅拌2~4小时,使天然石墨和酚醛树脂混合均匀;
②将混合均匀后的溶液置入干燥箱中,按5~10℃/min升温速率加热至80~120℃,保持3~5小时进行干燥;
③取出干燥后的材料,装入坩埚,然后置入炭化炉中,在氮气保护下,按5~10℃/min升温速率加热至1000℃,保持2小时后自然降至室温;
④炭化后的物料经过粉碎,然后400目过筛,即得到粒径4.0~15.0??m的复合负极材料。
该负极材料具有以下特点:负极材料为复合石墨负极材料,并且具有包覆的核壳结构,所述的核为天然石墨,平均粒径为4.0~15.0μm,粒度分布范围为0~80.0μm,所述的壳为酚醛树脂碳化后形成的硬碳。所述负极材料的d002峰为0.335~0.336nm。
所得的动力锂离子电池复合天然石墨负极材料按下述方法制备电极测试电化学首次放电容量及首次放电效率:称取复合石墨与SBR及 CMC混合成料浆,比例为100:1:2,加入适量的纯水分散剂混合均匀后,涂覆在铜箔上,经真空干燥、制成电极,以纯锂片为对电极,1MLiPF6的溶液(EC:DMC:EMC=1:1:1)为电解液,聚丙烯微孔膜为隔膜,组装成模拟电池,以0.1mA/cm2 的电流密度进行恒流充放电实验,电压范围限制在0.005~2.0伏,测试复合石墨的首次充放电比容量以及效率。
相关电池倍率性能按如下方法测试:称取复合石墨与SBR、 CMC及导电剂混合成料浆,比例为100:1:2:1,加入适量的纯水分散剂混合均匀后,涂覆在铜箔上,经真空干燥、制成电极,以钴酸锂做为对电极,1MLiPF6的溶液(EC:DMC:EMC=1:1:1,VC:1%)为电解液,聚丙烯微孔膜为隔膜,组装成323450铝塑膜电池,以0.2C的电流密度进行预充,电压范围为4.2-3.6V。按照1C充电3C放电的条件,测试材料的容量保持率。
复合天然石墨负极材料的电池测试结果表