CN102427126A

CN102427126A - 一种复合的负极材料

Info

Publication number: CN102427126A
Application number: CN2011103951556A
Authority: CN
Inventors: 黄仁治
Original assignee: GOLDEN CROWN NEW ENERGY (HONGKONG) CO Ltd; Suzhou Golden Crown New Energy Co Ltd
Current assignee: GOLDEN CROWN NEW ENERGY (HONGKONG) CO Ltd; Suzhou Golden Crown New Energy Co Ltd
Priority date: 2011-12-02
Filing date: 2011-12-02
Publication date: 2012-04-25

Abstract

本发明涉一种复合负极材料，该材料包括微米级的碳球颗粒和纳米级碳材料。优选的方式中，所述的碳球颗粒为球状或/和鹅卵石状。本发明的负极材料具有高寿命、高安全性，并能瞬间放出大量电流，提高电池的充放电速度，特别适用于磷酸亚铁锂电池，以配合磷酸亚铁锂电池的安全性，并可提高充放电速度。

Description

一种复合的负极材料

技术领域

本技术与二次电池有关，特别应用作为电动工具、智能型储电设备、电动车电源的锂离子电池。

背景技术

离子电池是指其中的锂离子(Li⁺)嵌入和脱嵌正负极材料的一种可充放电的电池，其正极一般采用嵌锂化合物，如层状晶体结构的钴酸锂(LiCoO₂)、镍酸锂(LiNiO₂)与尖晶石晶体结构的锰酸锂(LiMn₂O₄)。充电时，Li⁺从正极脱嵌，经过电解质嵌入到负极，同时电子的补偿电荷从外部电路供给到负极；放电时则相反，Li⁺从负极脱嵌，经过电解质嵌入到正极材料。

锂离子电池的应用随时间进展，自消费性电子电源至电动工具、智能型储电设备与电动车的动力电池，其需要能瞬间充放大电流，且需因应大电流产生的热，故需要更高的导电率与热传导效率。负极材料则一般采用碳材料，如乙炔黑、石墨、微珠碳、石油焦、碳纤维、裂解聚合物与裂解碳等。这就需要提供一种新的负极材料提高导电率和/或热传导效率。

发明内容

本发明藉由将微米级的小颗粒碳球与纳米碳管复合，强化导电网络以提高导电率。本发明为一种复合微米级碳球与纳米碳管的应用，以纳米碳管填充于微米级碳球的间隙中，强化导电网络，增强离子导电性与并降低内阻、延长使用寿命，特别在于能瞬间充放大电流，且因内阻降低，不易因大电流产生热。本发明的负极特别适用于可充放大电流的磷酸亚铁锂电池，因本发明的负极具有较高的导电性，可搭配能充放大电流的正极。

一方面，本发明提供一种复合负极材料，该材料包括微米级的碳球颗粒和纳米级碳材料。

在一个优选的方式中，颗粒碳球为球状或/和鹅卵石状碳颗粒。在另一优选的方式中，微米级碳球的粒径在1 -30微米(μm)。

优选的，微米级碳球平均粒径为 6-14微米(μm)；优选的，微米级碳球的平均粒径约为8-12微米(μm)。

优选的，纳米级碳材料的直径在10-150纳米(nm)。

优选的，纳米级碳材料的长度在1-20微米(μm)。

优选的，纳米级碳材料的直径在10-150纳米(nm)；长度在1-20微米(μm)。

优选的，纳米级碳材料为管状结构，纳米碳管的直径在10-150纳米(nm)和/或纳米碳管的长度在1-20微米(μm)。

优选的，纳米级碳材料占微米级碳球的重量百分比在4%以下，较佳的为1-2%。

优选的，碳球为中间相碳微球(MCMB)。因分子结构关系，容易嵌入、脱嵌锂离子，且较不会损害负极粉体寿命。

优选的，纳米级碳管为纳米碳管(CNT)或气相成长碳纤维(VGCF)。

另一方面，本发明提供一种包括本发明的负极材料作为负极和正极材料。正极材料为磷酸亚铁锂。优选的，正极材料被碳包覆。磷酸亚铁锂可以为被碳包覆的纳米级尺寸粉体。

另一方面，本发明提供一种制备负极片的方法，包括提供本发明的负极材料，将负极材料与与黏着剂、稀释剂均匀混合，其中负极材料包括微米级的碳球颗粒，和纳米级的管状或/和纤维状碳材料。本发明可作为锂离子电池的负极材料，极片制备方法包括本领域一般技术人员可以理解的混浆步骤、涂布步骤、辊压步骤及裁切步骤。

附图说明

图1本发明一个具体实施例子中的负极材料结构示意图。

图2本发明实施例一的负极材料SEM图。

有益效果

本发明的材料可以应用在锂离子二次电池的负极材料，可较一般负极材料具有高寿命、高安全性，并能瞬间放出大量电流，提高电池的充放电速度，特别适用于磷酸亚铁锂电池，以配合磷酸亚铁锂电池的安全性，并可提高充放电速度。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，现在一具体实施方式进行说明，这些具体说明并不是对本发明的权利要求进一步的限定。

实施例1：本发明的负极材料的制作

1.1 负极材料：

1.1.1 中间相碳微球，平均粒径为约为10μm左右。

1.1.2 纳米碳管(CNT)，直径约为11nm左右，长度约在1-10μm之间。

1.2 制备方法：

1.2.1 将重量百分比5%粘贴剂聚偏氟乙烯(PVDF)加入至重量百分比30%的N-吡硌烷酮甲基(NMP)中混合、分散均匀，再加入重量百分比90%的中间相碳微球、2%的纳米碳管、3%的导电石墨搅拌形成胶状的负极浆料，其中中间相碳微球、纳米碳管、导电石墨与聚偏氟乙烯的重量总合为100%。

1.2.2 将该负极浆料均匀地涂覆在铜箔的两侧，厚度约为70微米，并烘干、辊压、裁切制得尺寸为66×143毫米的负极极片，重量约为2.0克。

实施例2：本发明的负极材料的制作

2.1 负极材料：

2.1.1 中间相碳微球，平均粒径为10μm左右。

2.1.2 气相成长碳纤维(VGCF)，直径约为150nm左右，长度约在5-20μm之间。

2.2 制备方法：

2.2.1 将重量百分比5%粘贴剂聚偏氟乙烯(PVDF)加入至重量百分比30%的N-吡硌烷酮甲基(NMP)中混合、分散均匀，再加入重量百分比90%的中间相碳微球、2%的纳米碳管、3%的导电石墨搅拌形成胶状的负极浆料，其中中间相碳微球、纳米碳管、导电石墨与聚偏氟乙烯的重量总合为100%。

2.2.2 将该负极浆料均匀地涂覆在铜箔的两侧，厚度约为70微米，并烘干、辊压、裁切制得尺寸为66×143毫米的负极极片，重量约为2.0克。

实施例3：与本发明对比的负极材料制作

3.1 将重量百分比5%粘贴剂聚偏氟乙烯(PVDF)加入至重量百分比30%的N-吡硌烷酮甲基(NMP)中混合、分散均匀，再加入重量百分比90%的天然石墨、5%的导电石墨搅拌形成胶状的负极浆料，其中天然石墨、导电石墨与聚偏氟乙烯的重量总合为100%。

3.2 将该负极浆料均匀地涂覆在铜箔的两侧，厚度约为70微米，并烘干、辊压、裁切制得尺寸为66×143毫米的负极极片，重量约为2.0克。

实施例4：本发明的实施例1、2与对比例1电池的制作

4.1 正极的制备

4.1.1 将重量百分比5%粘贴剂聚偏氟乙烯(PVDF)加入至重量百分比30%的N-吡硌烷酮甲基(NMP)中混合、分散均匀，再加入重量百分比90%的磷酸亚铁锂、5%的导电石墨搅拌形成胶状的正极浆料，其中磷酸亚铁锂、导电石墨与聚偏氟乙烯的重量总合为100%。

4.1.2 将该正极浆料均匀地涂抹在铝箔的两侧，厚度约为100微米，并烘干、辊压、裁切制得尺寸为65×141毫米的正极极片，重量约为3.0克。

4.2 电池装配

4.2.1 分别将上述正极、实施例1、2及对比例1的负极与聚丙烯膜迭片以93片正极极片、94片负极极片制成容量为25安时的2770170型号的方型锂离子电池的极芯；

4.2.2 将LiF₆按1摩尔/升的浓度溶解在EC/EMC/DEC=1：1：1的混合溶剂中形成非水电解液；

4.2.3 将该电解液以5.0 g/Ah的量注入电池铝壳中密封，分别制成本发明实施例的锂离子二次电池A1（实施例1）、A2（实施例2）与对比例的锂离子二次电池AC1（实施例3）。

实施例5：对A1、A2与AC1电池性能测试

5.1 容量测试

A1、A2及AC1电池分别放在测试柜上，先以0.5C进行恒流恒压充电，充电上限至3.70V，截止电流为0.05C；搁置10分钟后，以0.5C的电流从3.70V放电至2.0V，记录电池的首次放电容量。结果如下表1。

表1 电池容量测试数据

Figure 2011103951556100002DEST_PATH_IMAGE001

5.2 倍率充电测试

A1、A2及AC1电池分别放在测试柜上，先以0.5C进行恒流充电，充电上限至3.70V；搁置10分钟后，以0.5C、1C、2C、3C、4C、5C、6C不同的倍率电流从3.70V放电至2.0V，记录电池每次充电容量及效率，并记录温度。结果如下表2。

表2 电池倍率充电测试数据

5.3 倍率放电测试

A1、A2及AC1电池分别放在测试柜上，先以0.5C进行恒流恒压充电，充电上限至3.70V，截止电流0.05C；搁置10分钟后，以0.5C、1C、2C、3C、4C、5C、6C不同的倍率电流从3.70V放电至2.0V，记录电池每次放电容量及效率，并记录温度。结果如下表3。

表3 电池倍率放电测试数据

Figure 2011103951556100002DEST_PATH_IMAGE003

5.4 循环测试

使用BTS 二次电池性能检测装置，以25A(1C)的电流给待侧电池充电至3.7V，搁置10分钟，然后以25A(1C)放电至2.5伏，再搁置10分钟，用25A(1C)恒流恒压充电至3.7V，充电截止电流1.25A（0.05C)。然后以25A放电至2.5伏，测定得到电池放电的初始容量。循环重复以25A(1C)恒流恒压充电至3.7伏，截止电流为1.25A（0.05C）；再以25A(1C)放电至2.5伏的充放电过程，记录第1次和第2000次的循环结束容量。

表4 循环性能测试数据

5.5 结论：

从表1、表2、表3、表4中数据可以看出，由对比例制备的负极材料，制备的电池AC1的首次放电容量质量比容量性能、内电阻、循环性能与倍率充放、电性能均不理想，由本发明实施例制备的负极材料，制备的电池A1、A2、首次放电容量、内电阻、循环性能与倍率充、放电性能都有明显提高。

Claims

1.一种复合负极材料，该材料包括微米级的碳球颗粒和纳米级碳材料。

2.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述的碳球颗粒为球状或/和鹅卵石状颗粒。

3.根据权利要求1所述的负极材料，其中，微米级碳球颗粒的粒径在1 -30微米。

4.根据权利要求1所述的负极材料，其中，微米级碳球平均粒径为 6-14微米。

5.根据权利要求1所述的负极材料，其中，纳米级碳材料的直径在10-150纳米。

6.根据权利要求1或5所述的负极材料，其中，纳米级碳材料的长度在1-20微米。

7.根据权利要求1所述的负极材料，其中，纳米级碳材料为管状结构，纳米碳管的直径在10-150纳米。

8.根据权利要求7所述的负极材料，其中，纳米级碳管的长度在1-20微米。

9.根据权利要求1所述的负极材料，其中，纳米级碳材料占微米级碳球的重量百分比在4%以下。

10.根据权利要求1所述的负极材料，其中，纳米级碳材料占微米级碳球的重量百分比为1-2%。

11.根据权利要求1所述的负极材料，其中，微米级碳球包括中间相碳微球(MCMB)。

12.一种电池，包括权利要求1-11之一所述的负极材料和正极材料，其中正极材料为磷酸亚铁锂。