CN103346322A

CN103346322A - 一种钴改性锂离子电池负极材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103346322A
Application number: CN2013102541106A
Authority: CN
Inventors: 臧文平; 殷正娥; 赵旭
Original assignee: TIANJIN JINMEI CARBON MATERIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: TIANJIN JINMEI CARBON MATERIAL SCIENCE AND TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2013-06-15
Filing date: 2013-06-15
Publication date: 2013-10-09

Abstract

本发明涉及一种钴改性锂离子电池负极材料及其制备方法，通过微波烧结技术将含钴氧化物均匀包覆于石墨负极材料得到钴改性锂离子电池负极材料。本发明提供的锂离子电池负极材料倍率特性好，容量密度高。另外，本发明还提供了一种钴改性锂离子电池石墨负极材料的制备方法，即微波烧结技术，该方法能够在空气中实施，制备过程简单，更有益于抑制颗粒的团聚，降低材料的初始不可逆容量。

Description

一种钴改性锂离子电池负极材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方法，属于材料制备技术领域。

背景技术

锂离子电池具有电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、寿命长等优点，被称为21世纪的绿色能源和主导能源，具有广阔的应用前景，其应用领域不断扩大，不仅已经广泛而成功的应用于各种便携式电子产品，如移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等，而且可望在电动汽车、航天和储能等方面得到拓展。

近年来，由于移动设备及通讯设备性能不断提高，对锂离子电池的能量密度、循环寿命、高低温性能及安全性等提出了更高的要求，这些性能要求对锂离子电池负极材料性能提高提出要求，锂离子电池负极材料有金属氧化物、金属硫化物、碳材料(石墨、硬碳、软碳等)等，这其中石墨材料技术最成熟、应用最广泛。然而尽管石墨材料应用广泛，但主要有两个缺点：一是石墨材料的理论储锂容量仅为372mAh/g，对于日益增长的应用需求显得偏低，二是由于石墨自身的结构特点，以及负极极片制作工艺等问题，石墨负极材料的功率性能和循环性能也不尽如人意。提高容量和功率的方法之一是在材料表面包覆一层导电物质，如碳材料，但这种方法也有其局限性，碳包覆只能在惰性气氛下生成，对于合成有更高的条件，提高了材料的合成成本，且会降低粉体的压实密度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钴改性锂离子电池负极材料，是将石墨负极材料表面包覆一层导电添加剂，可提高锂离子电池负极材料的可逆容量和首次充放电效率、提高材料的寿命和电池安全性能。另外，本发明还提供了一种钴改性锂离子电池负极材料的制备方法，即微波烧结技术，该方法能够在空气中实施，制备过程简单，更有益于抑制颗粒的团聚，降低材料的初始不可逆容量。

优选的，所述的导电添加剂为含钴氧化物，包括硝酸钴、醋酸钴、三氧化二钴和其它钴酸盐及其混合。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种锂离子电池负极材料的制备方法，其特点包括以下步骤：

1)以含钴氧化物与石墨负极材料的质量比x满足0＜x＜0.2称取原料，加入无水乙醇分散后充分研磨；

2)将质量分数为1～5％的聚乙烯醇水溶液加入上述溶液中，常温下超声处理20-60min，然后在磁力搅拌器中搅拌1～3h，充分搅拌后，将混合物放入烘箱中75～90℃烘干，得到前驱体；

3)将前驱体放入微波马弗炉中，在600～800℃下煅烧6-10h，取出充分研磨得到钴改性的石墨负极材料。

优选的，所述石墨负极材料包括人造石墨、天然石墨及其混合，其粒度D₅₀＝19±2μm。

本发明提供的改性锂离子电池负极材料，使用钴的氧化物作为导电添加剂，形成一种石墨负极材料在内，含钴氧化物包覆在外的结构；该方法能够在空气中操作，不必在无氧条件下操作，另外，钴氧化物具有很好的导电能力，使用钴的氧化物作为导电添加剂能够提高负极材料的倍率性能。

本发明还提供一种钴改性锂离子电池负极材料的制备方法，使用石墨负极材料以及钴源化合物作为制备钴改性锂离子电池负极材料的原料，采用的微波烧结技术将石墨负极表面包覆一层含钴氧化物，该发明能够在空气中实施，制备过程简单，微波烧结工艺更有益于抑制颗粒的团聚，降低材料的初始不可逆容量。

具体实施方式

下面结合实施例作进一步描述，但不以此限制本发明的保护范围：

实施例1：

称取9.8g人造石墨和0.2g氧化钴放入研钵中，加入5ml无水乙醇充分研磨；将质量分数为1％的聚乙烯醇水溶液加入上述混合液中，超声处理30min，然后在磁力搅拌器中搅拌2h，充分搅拌后，将混合物放入烘箱中80℃烘干，得到前驱体；将前驱体放入微波马弗炉中，在700℃下煅烧8h，取出充分研磨得到钴改性的石墨负极材料。

实施例2：

称取9.5g人造石墨和0.5g氧化钴放入研钵中，加入5ml无水乙醇充分研磨；将质量分数为3％的聚乙烯醇水溶液加入上述混合液中，超声处理30min，然后在磁力搅拌器中搅拌2h，充分搅拌后，将混合物放入烘箱中80℃烘干，得到前驱体；将前驱体放入微波马弗炉中，在700℃下煅烧8h，取出充分研磨得到钴改性的石墨负极材料。

实施例3：

称取9.2g人造石墨和0.8g氧化钴放入研钵中，加入5ml无水乙醇充分研磨；将质量分数为5％的聚乙烯醇水溶液加入上述混合液中，超声处理30min，然后在磁力搅拌器中搅拌2h，充分搅拌后，将混合物放入烘箱中80℃烘干，得到前驱体；将前驱体放入微波马弗炉中，在700℃下煅烧8h，取出充分研磨得到钴改性的石墨负极材料。

实施例4：

称取9.8g人造石墨和0.2g氧化钴放入研钵中，加入5ml无水乙醇充分研磨；将质量分数为1％的聚乙烯醇水溶液加入上述混合液中，超声处理30min，然后在磁力搅拌器中搅拌2h，充分搅拌后，将混合物放入烘箱中80℃烘干，得到前驱体；将前驱体放入微波马弗炉中，在800℃下煅烧8h，取出充分研磨得到钴改性的石墨负极材料。

实施例5：

称取9.5g人造石墨和0.5g氧化钴放入研钵中，加入5ml无水乙醇充分研磨；将质量分数为3％的聚乙烯醇水溶液加入上述混合液中，超声处理30min，然后在磁力搅拌器中搅拌2h，充分搅拌后，将混合物放入烘箱中80℃烘干，得到前驱体；将前驱体放入微波马弗炉中，在800℃下煅烧8h，取出充分研磨得到钴改性的石墨负极材料。

实施例6：

称取9.2g人造石墨和0.8g氧化钴放入研钵中，加入5ml无水乙醇充分研磨；将质量分数为5％的聚乙烯醇水溶液加入上述混合液中，超声处理30min，然后在磁力搅拌器中搅拌2h，充分搅拌后，将混合物放入烘箱中80℃烘干，得到前驱体；将前驱体放入微波马弗炉中，在800℃下煅烧8h，取出充分研磨得到钴改性的石墨负极材料。

实施例7：

称取10g人造石墨放入研钵中，加入5ml无水乙醇充分研磨；将质量分数为5％的聚乙烯醇水溶液加入上述混合液中，超声处理30min，然后在磁力搅拌器中搅拌2h，充分搅拌后，将混合物放入烘箱中80℃烘干；放入微波马弗炉中，在800℃下煅烧8h，取出充分研磨得到钴改性的石墨负极材料。

对上述各实施例制备的钴改性的石墨负极材料装成CR2430扣式电池进行检测，以锂片为对电极，电极比例为：活性物质∶SP∶SBR∶CMC＝95∶1∶2.5∶1.5，采用Clgard2300型隔膜，电解液为1M LiPFe₆/EC+DMC(摩尔比为1∶1)，电池在充满氩气的手套箱中组装。测试充放电电流为2C倍率，截止充放电电压0.005-2.5V，测得各实施例数据见表1。

表1钴改性的石墨负极材料的电化学性能

以上对本发明提供的一种钴改性锂离子电池负极材料及其制备方法进行了详细的介绍，本文中应用了具体个例对发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种钴改性锂离子电池负极材料及其制备方法，其特征在于：使用石墨以及导电添加剂作为原料，采用微波烧结技术将石墨表面包覆一层导电剂，制备出锂离子电池负极材料。

2.根据权利要求1所述的导电添加剂为含钴氧化物，其特征在于包括硝酸钴、醋酸钴、三氧化二钴和其它钴酸盐及其混合。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料及其制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2)将质量分数为1～5％的聚乙烯醇水溶液加入上述溶液中，常温下超声处理20-60min，然后在磁力搅拌器中搅拌1～3h，充分搅拌后，将其放入烘箱中75～90℃烘干，得到前驱体；

3)将前驱体放入微波马弗炉中，在600～900℃下煅烧6-10h，取出充分研磨得到钴改性的石墨负极材料。

4.根据权利要求1所述的钴改性锂离子电池负极材料，其特征在于所述的石墨包括人造石墨、天然石墨及其混合。

5.根据权利要求1所述的钴改性锂离子电池负极材料，其特征在于所述的石墨的粒度D₅₀＝19±2μm。