CN106531981A - 一种高倍率低膨胀锂离子电池用负极材料及其制备方法 - Google Patents

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张鹏昌
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Abstract

本发明公开了一种高倍率低膨胀锂离子电池用负极材料及其制造方法，由间苯二酚、甲醛、天然石墨和催化剂制备而成，将间苯二酚、甲醛和催化剂制备成溶胶，将天然石墨加入溶胶中，高速搅拌并进行超声分散，将产物放在恒温干燥箱中进行凝胶、老化，然后放置在酒精中浸泡3天进行溶剂替换，干燥后放入保护气体和二氧化碳气体混合气氛下，进行加热以及恒温。本发明材料具有二次复合结构，为一种碳碳复合材料，具有高的倍率性能和低的膨胀。

Description

一种高倍率低膨胀锂离子电池用负极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料和锂离子电池领域，具体是一种高倍率低膨胀锂离子电池用负极材料及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的发展，人们对化学电源(电池)的性能提出了更高的要求。如集成电路技术的发展使电子仪器日趋小型化、便携化，相应地要求电池具有体积小、重量轻、比能量高的特点；空间探索技术和国防、军事装备技术的不断发展要求电池具有高比能量和长贮存寿命；环境保护意识的加强使人们对电动汽车的发展日益关注，而这种电池则应具有大的比能量和比功率。在众多的电池体系中，锂电池以其工作电压高、能量密度大和质量轻等优点脱颖而出，受到世界各国的重视。
天然石墨因其高的充放电容量、良好的充放电平台、来源广泛、成本低而得到广泛应用。但由于天然石墨的高度晶化和取向度，使之在充电过程中会发生溶剂分子进入石墨层间而引起石墨层剥落的现象，由此导致电池循环性能降低。
随着电子信息产业的迅猛发展，各种产品对小型化、轻量化的要求不断地提高，对锂离子二次电池高倍率、快速充电等方面的性能要求日益迫切。锂离子电池容量的倍率性能及快充性能主要依赖于炭负极材料的发展完善，因此高倍率、低膨胀、减少首次不可逆容量及改善循环稳定性一直是研究开发的重点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高倍率低膨胀锂离子电池用负极材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出倍率和膨胀问题；
实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高倍率低膨胀锂离子电池用负极材料，由以下重量份的原料制备而成：间苯二酚100～120份，甲醛30～36份，催化剂2.5～3.5份，天然石墨1000～2000份，且间苯二酚与甲醛甲醛的摩尔比为1:2。
作为本发明进一步方案：所述天然石墨的粒径为1～30μm。
作为本发明再进一步方案：所述的催化剂为碳酸钠。
一种所述的高倍率低膨胀锂离子电池用负极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将原料苯二酚和甲醛进行混合，加入催化剂，制备溶胶，所得溶胶颗粒粒径为5～20nm；
(2)将天然石墨加入溶胶中，通过强力搅拌进行高速搅拌25～35min，并进行超声振荡使其分散均匀，搅拌速度在500～700r/min；
(3)将步骤(2)中得到的产物在恒温干燥箱中，于50℃温度下放置一天，然后在70℃的温度下放置一天，最后在90℃的温度下放置两天，进行凝胶、老化；
(4)将步骤(3)的得到的凝胶放置在酒精中浸泡3天进行溶剂替换，然后进行干燥；
(5)将步骤(4)中得到的产物在摩尔比为1∶1的保护气体和二氧化碳气体混合气氛下，以3～6℃/min的升温速度升至1100℃，恒温3～8h。
作为本发明进一步方案：所述步骤(5)中的保护气体为氮气或惰性气体。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明材料具有二次复合结构，为一种碳碳复合材料，具有高的倍率性能和低的膨胀。
附图说明
图1是本发明实施例3软包电池电池的倍率放电曲线图。
图2是本发明实施例3软包电池循环测试曲线图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
高倍率低膨胀锂离子电池用负极材料的制备
(1)将110g间苯二酚和33g甲醛，溶解在10000mL离子水中，加入3g碳酸钠，制备溶胶，溶胶颗粒粒径为5～20nm；
(2)将1000g天然石墨加入溶胶中，通过强力搅拌进行高速搅拌30min，并进行超声振荡使其分散均匀，搅拌速度在500r/min；
(3)将步骤(2)中得到的产物在恒温干燥箱中，于50℃温度下放置一天，然后在70℃的温度下放置一天，最后在90℃的温度下放置两天，进行凝胶、老化；
(4)将步骤(3)的得到的凝胶放置在丙酮溶液中浸泡3天进行溶剂替换，然后进行干燥；
(5)将步骤(4)中得到的产物在摩尔比为1∶1的保护气体和二氧化碳气体混合气氛下，以3～6℃/min的升温速度升至1100℃，恒温8h。
实施例2
高倍率低膨胀锂离子电池用负极材料的制备
(1)将110g间苯二酚和33g甲醛，溶解在10000mL离子水中，加入3g碳酸钠，制备溶胶，溶胶颗粒粒径为5～20nm；
(2)将1300g天然石墨加入溶胶中，通过强力搅拌进行高速搅拌30min，并进行超声振荡使其分散均匀，搅拌速度在500r/min；
(3)将步骤(2)中得到的产物在恒温干燥箱中，于50℃温度下放置一天，然后在70℃的温度下放置一天，最后在90℃的温度下放置两天，进行凝胶、老化；
(4)将步骤(3)的得到的凝胶放置在丙酮溶液中浸泡3天进行溶剂替换，然后进行干燥；
(5)将步骤(4)中得到的产物在摩尔比为1∶1的保护气体和二氧化碳气体混合气氛下，以3～6℃/min的升温速度升至1100℃，恒温8h。
实施例3
高倍率低膨胀锂离子电池用负极材料的制备
(1)将110g间苯二酚和33g甲醛，溶解在10000mL离子水中，加入3g碳酸钠，制备溶胶，溶胶颗粒粒径为5～20nm；
(2)将1600g天然石墨加入溶胶中，通过强力搅拌进行高速搅拌30min，并进行超声振荡使其分散均匀，搅拌速度在500r/min；
(3)将步骤(2)中得到的产物在恒温干燥箱中，于50℃温度下放置一天，然后在70℃的温度下放置一天，最后在90℃的温度下放置两天，进行凝胶、老化；
(4)将步骤(3)的得到的凝胶放置在丙酮溶液中浸泡3天进行溶剂替换，然后进行干燥；
(5)将步骤(4)中得到的产物在摩尔比为1∶1的保护气体和二氧化碳气体混合气氛下，以3～6℃/min的升温速度升至1100℃，恒温8h。
实施例4
(1)将110g间苯二酚和33g甲醛，溶解在10000mL离子水中，加入3g碳酸钠，制备溶胶，溶胶颗粒粒径为5～20nm；
(2)将1900g天然石墨加入溶胶中，通过强力搅拌进行高速搅拌30min，并进行超声振荡使其分散均匀，搅拌速度在500r/min；
(3)将步骤(2)中得到的产物在恒温干燥箱中，于50℃温度下放置一天，然后在70℃的温度下放置一天，最后在90℃的温度下放置两天，进行凝胶、老化；
(4)将步骤(3)的得到的凝胶放置在丙酮溶液中浸泡3天进行溶剂替换，然后进行干燥；
(5)将步骤(4)中得到的产物在摩尔比为1∶1的保护气体和二氧化碳气体混合气氛下，以3～6℃/min的升温速度升至1100℃，恒温8h。
本发明所用半电池测试方法为：石墨样品、含有6～7％聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮及2％的导电炭黑混合均匀，涂于铜箔上，将涂好的极片放入温度为110℃真空干燥箱中真空干燥4小时备用。模拟电池装配在充氩气的德国布劳恩手套箱中进行，电解液为1MLiPF6+EC∶DEC∶DMC＝1∶1∶1(体积比)，金属锂片为对电极，电化学性能测试在美国ArbinBT2000型电池测试仪上进行，充放电电压范围为0.005至1.0V，充放电速率为0.1C，数据列在表1中。表1
表1可以发现，实施列3的综合性能最好。
本发明所用全电池测试方法为：本发明实施例或对比例的石墨作负极，钴酸锂作正极，1M-LiPF6EC∶DMC∶EMC＝1∶1∶1(体积比)溶液作电解液装配成全电池，图1是实施列3倍率性能测试曲线。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方。

Claims (5)

1.一种高倍率低膨胀锂离子电池用负极材料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：间苯二酚100～120份，甲醛30～36份，催化剂2.5～3.5份，天然石墨1000～2000份，且间苯二酚与甲醛甲醛的摩尔比为1:2。
2.根据权利要求1所述的高倍率低膨胀锂离子电池用负极材料，其特征在于，所述天然石墨的粒径为1～30μm。
3.根据权利要求1所述的高倍率低膨胀锂离子电池用负极材料，其特征在于，所述的催化剂为碳酸钠。
4.一种如权利要求1所述的高倍率低膨胀锂离子电池用负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将原料苯二酚和甲醛进行混合，加入催化剂，制备溶胶，所得溶胶颗粒粒径为5～20nm；
(2)将天然石墨加入溶胶中，通过强力搅拌进行高速搅拌25～35min，并进行超声振荡使其分散均匀，搅拌速度在500～700r/min；
(3)将步骤(2)中得到的产物在恒温干燥箱中，于50℃温度下放置一天，然后在70℃的温度下放置一天，最后在90℃的温度下放置两天，进行凝胶、老化；
(4)将步骤(3)的得到的凝胶放置在酒精中浸泡3天进行溶剂替换，然后进行干燥；
(5)将步骤(4)中得到的产物在摩尔比为1∶1的保护气体和二氧化碳气体混合气氛下，以3～6℃/min的升温速度升至1100℃，恒温3～8h。
5.根据权利要求4所述高倍率低膨胀锂离子电池用负极材料的制备方法，所述步骤(5)中的保护气体为氮气或惰性气体。
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