CN104393297A - 碳纳米管纤维改性人造石墨制备锂离子电池负极材料制备方法 - Google Patents

碳纳米管纤维改性人造石墨制备锂离子电池负极材料制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碳纳米管纤维改性人造石墨锂离子电池负极材料，属于锂离子电池电极材料技术领域，其中碳纳米管纤维均匀的分散于人造石墨球间。制备方法为：将碳纳米管纤维均匀分散于水溶液或有机溶剂中，将石墨球均匀分散于有机溶剂中，再将两分散液均匀混合，然后过滤干燥得到碳纳米管纤维改性人造石墨负极材料。本发明所公开的电极材料，制备的锂离子电池首次充电容量达到420.9mAh/g，100次循环后容量保持率在85%。

Description

碳纳米管纤维改性人造石墨制备锂离子电池负极材料制备方法
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
随着微电子工业、汽车行业的快速发展，以及各种便携式通讯设备、个人电脑、小型电子设备的普及，锂离子电池已被广泛应用于便携式电子产品、电动汽车、航天及军事装备，市场前景广泛。人造石墨具有较高的储锂容量、良好的充放电平台以及低廉的价格，是当前市场上常见的负极材料之一。将石墨球粉制备成电极片时，石墨球被堆积起来，但由于球间的尺寸和形状的差异，堆积后会留有空隙，降低了电极片的导电性。通过在石墨颗粒间填充导电剂可以有效改善电极的导电性能。目前广泛使用的导电剂是炭黑，其颗粒直径小于100nm，炭黑颗粒位于石墨球之间，与石墨球直接接触导电，或近距离隧穿导电。但是炭黑颗粒只有在电传导距离小于100nm时才有较好的传导效果，超过100nm时就比较差。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种用碳纳米管纤维改性的石墨负极材料，该负极材料具有电传导效果好，制备方法简便可行的优点。
本发明提供的技术方案是：
一种碳纳米管纤维改性锂离子电池负极材料，所述负极材料为碳纳米管纤维改性的人造石墨，其中碳纳米管纤维均匀的分散在石墨球之间，利用碳纳米管纤维改性人造石墨，碳纳米管纤维作为一种桥联结构将石墨球连接起来，增加了锂电池负极材料的导电性，从而提高电池容量。
1）所述的碳纳米管纤维改性人造石墨负极材料，碳纳米管纤维占改性材料总重量的1%-30%;
2）所述的碳纳米管纤维是单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管组成的纤维结构;
3）所述制备方法包括如下步骤：将碳纳米管纤维均匀分散于水溶液或有机溶剂中，将人造石墨粉均匀分散于有机溶剂中，将以上两种分散液以不同比例均匀混合得到悬浮液，将悬浮液过滤干燥得到碳纳米管纤维改性的人造石墨负极材料;
4）碳纳米管纤维可采用多种现有方法制备，再作为本发明方法的原料使用;
5）本发明方法中多次提及分散均匀的操作，实践中，可以使用超声、振荡或搅拌的方法，超声法具有分散均匀、操作方便的优势，可优选。本发明的干燥方式可采用真空干燥、红外辐射干燥、鼓风干燥和喷雾干燥等;
6）所述的用于分散碳纳米管纤维的有机溶剂为乙二醇、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）、四氢呋喃（THF）中的一种或两种以上的任意组合;
7）所述的分散人造石墨球的有机溶剂为乙醇、丙酮、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）、四氢呋喃（THF）、二甲基亚砜（DMSO）中的一种或两种以上任意组合;
8）本发明的主要优点是：通过溶液均相混合法制备出的碳纳米管纤维改性人造石墨负极材料可以使碳纳米管纤维均匀的分散在石墨球的颗粒间，行成桥联结构，其中，产品中碳纳米管纤维占改性材料的总重量为1%-30%。将该复合材料应用于锂离子电池电极可以增加电极活性物质之间的相互连接，使之紧密连接，提高整体电极的导电率，并且还可以缓解充放电过程中电极体积变化带来的结构应力，提高电池寿命，100次循环后容量保持率达到85%；同时，石墨球能阻止碳纳米管纤维之间的团聚，碳纳米管纤维与电极的活性物质还能发挥协同效应提高电池容量，首次充电容量达到420.9 mAh/g。
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：
1.       将0.2g碳纳米管纤维超声分散于20ml 1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中得到碳纳米管纤维/NMP分散液，取2g人造石墨粉超声分散于200ml NMP溶液中；
2.       将步骤（1）中的碳纳米管纤维与人造石墨分散液搅拌混合并超声0.5h;
3.       将步骤（2）中得到的黑色稳定的悬浮液倒入装有氧化铝滤膜的真空过滤至无液滴滴下，然后放入110oC鼓风干燥箱中进行干燥;
采用该方法制备的改性人造石墨负极材料，首次充电容量达到420.9 mAh/g，100次循环后容量保持率在85%。
实施例2：
1.         将0.4g碳纳米管纤维超声分散于20ml 1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中得到碳纳米管纤维/NMP分散液，取2g人造石墨粉超声分散于200ml NMP溶液中；
2.         将步骤（1）中的碳纳米管纤维与人造石墨分散液搅拌混合并超声0.5h;
3.         将步骤（2）中得到的黑色稳定的悬浮液倒入装有氧化铝滤膜的真空过滤至无液滴滴下，然后放入110oC鼓风干燥箱中进行干燥。
实施例3：
1.         将0.6g碳纳米管纤维超声分散于20ml 1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中得到碳纳米管纤维/NMP分散液，取2g人造石墨粉超声分散于200ml NMP溶液中；
2.         将步骤（1）中的碳纳米管纤维与人造石墨分散液搅拌混合并超声0.5h;
3.         将步骤（2）中得到的黑色稳定的悬浮液倒入装有氧化铝滤膜的真空过滤至无液滴滴下，然后放入110oC鼓风干燥箱中进行干燥。
实施例4：
1.       将0.1g碳纳米管纤维超声分散于20ml 1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中得到碳纳米管纤维/NMP分散液，取2g人造石墨粉超声分散于200ml NMP溶液中；
2.       将步骤（1）中的碳纳米管纤维与人造石墨分散液搅拌混合并超声0.5h;
3.       将步骤（2）中得到的黑色稳定的悬浮液倒入装有氧化铝滤膜的真空过滤至无液滴滴下，然后放入110oC鼓风干燥箱中进行干燥。
以上对本发明提供的一种碳纳米管纤维改性人造石墨负极材料的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 (6)

1.一种碳纳米管纤维改性人造石墨锂离子电池负极材料，其特征在于负极材料为碳纳米管纤维改性的人造石墨负极材料，其中碳纳米管纤维均匀的分散于人造石墨球之间的空隙。
2.根据权利要求1所述的一种碳纳米管纤维改性的人造石墨负极材料，其特征在于，所述的改性材料中，碳纳米管纤维占改性材料总重量的1%-30%。
3.根据权利要求1所述的碳纳米管纤维改性人造石墨负极材料，其特征在于，所述的碳纳米挂纤维为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管组成的纤维结构。
4.权利要求1所述的碳纳米管纤维改性人造石墨锂离子电池负极材料，其特征在于所述制备方法包括如下步骤：将碳纳米管纤维均匀分散于水溶液或有机溶剂中，将人造石墨粉均匀分散于有机溶剂中，将以上两种分散液以不同比例均匀混合得到悬浮液，将悬浮液过滤干燥得到碳纳米管纤维改性的人造石墨负极材料。
5.根据权利要求4所诉的一种碳纳米管纤维改性的人造石墨负极材料，其特征在于所述的用于分散碳纳米管纤维的有机溶剂为乙二醇、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）、四氢呋喃（THF）中的一种或两种以上的任意组合。
6.根据权利要求4所述的一种碳纳米管纤维改性的人造石墨负极材料，其特征在于所述的用于分散人造石墨球的有机溶剂为乙醇、丙酮、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）、四氢呋喃（THF）、二甲基亚砜（DMSO）中的一种或两种以上任意组合。
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