CN106654271A - 超高容量锂电池阴极材料及制备工艺 - Google Patents

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Abstract

一种超高容量锂电池阴极材料及制备工艺，其特征在于，所述阴极材料由以下重量份的原料组成：石墨18‑20份，铂金粉0.5‑0.8份，碳化硅0.3‑0.7份，钛白粉0.3‑0.6份，碳酸锂1.3‑1.8份，锡粉1.2‑1.5份，二氧化硅0.5‑0.8份，氧化铁0.3‑0.6份，二氧化钛0.6‑1.0份。与其它商业化的阴极材料相比，本发明的阴极材料具有循环性能好、不与电解液反应、安全性能高、充放电平台平稳等优点。避免了在充放电时产生的体积效应，保证了材料的在充放电过程中的稳定性，解决了单一钛酸锂负极材料容量偏低等缺点。

Description

超高容量锂电池阴极材料及制备工艺
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种超高容量锂电池阴极材料及制备工艺。
背景技术
电子信息时代使对锂离子电池的需求快速增长。由于锂离子电池具有高电压、高容量的重要优点，且循环寿命长、安全性能好，使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景，成为近几年广为关注的研究热点。负极材料是锂离子电池的核心和关键。但是现有负极材料在实际应用中还有一些难以克服的弱点，例如，首次放电过程中与电解液发生反应形成表面钝化膜，导致电解液的消耗和首次库伦效率较低；普通电极的电位与金属锂的电位很接近，当电池过充电时，电极表面易析出金属锂，从而可能会引起短路，进而导致电池爆炸。
发明内容
本发明为解决上述问题，提供一种超高容量锂电池阴极材料及制备工艺。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种超高容量锂电池阴极材料，所述阴极材料由以下重量份的原料组成：
石墨18-20份，铂金粉0.5-0.8份，碳化硅0.3-0.7份，钛白粉0.3-0.6份，碳酸锂1.3-1.8份，锡粉1.2-1.5份，二氧化硅0.5-0.8份，氧化铁0.3-0.6份，二氧化钛0.6-1.0份。
所述石墨是天然鳞片墨、微晶石墨、人造石墨或中间相炭微球。
所述石墨颗粒平均粒径为25～30um。
一种超高容量锂电池阴极材料制备工艺，包括以下步骤：
(1)将上述原料混合均匀并加入到高速粉碎机内，在1500至1800rpm的转速下粉碎30至40分钟得到混合粉料；
(2)将混合粉料加入到低速冲击式球化粉碎机内，在800至1000rpm的转速下整形和球形化15至20分钟，得到球形混合粉料；
(3)利用氧化剂对球形混合粉料进行纯化处理；
(4)将纯化处理后的物料制成氧化石墨水溶液，超声处理后得到不同二维尺度的氧化石墨水溶液；
(5)将步骤(4)得到的不同二维尺度的氧化石墨水溶液按比例混合，超声分散均匀后得到具有分散尺度的复合氧化石墨水溶液，然后通过还原法得到具有分散尺度的石墨水溶液，再经干燥处理后得到具有分散尺度的复合石墨；
(6)将干燥后的复合石墨在浓度1.0M至1.2M的掺杂多价态过渡金属盐溶液中浸渍20至30小时，反应温度25至3，然后过滤、脱水烘干；
(7)将上述处理后的复合石墨与5～8％的有机物混合包覆形成包覆石墨；
(8)将包覆石墨进行碳化处理或石墨化处理，在保护气氛中加热500至550℃，保温4小时，然后降至室温。
所述步骤(3)中纯化处理采用的氧化剂是双氧水、过氧乙酸、二氧化氯、氯气、氢氧化钠、浓硫酸、硝酸、浓盐酸、高氯酸、其中任意两种或三种氧化剂的混合物。
所述步骤(6)中掺杂多价态过渡金属元素为Ag、Cu、Cr、Fe、Co、Ni、V、Mo或Sn，盐溶液采用硝酸盐，碳酸盐，硫酸盐、盐酸盐或含有掺杂元素的络盐溶液。
所述步骤(7)中的有机物混合包覆采用的包覆材料为水溶性的聚乙烯醇、丁苯橡胶乳SBR、羧甲基纤维素CMC、有机溶剂系的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈。
本发明的有益效果为：与其它商业化的阴极材料相比，本发明的阴极材料具有循环性能好、不与电解液反应、安全性能高、充放电平台平稳等优点。避免了在充放电时产生的体积效应，保证了材料的在充放电过程中的稳定性，解决了单一钛酸锂负极材料容量偏低等缺点。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
一种超高容量锂电池阴极材料，所述阴极材料由以下重量份的原料组成：
石墨18份，铂金粉0.5份，碳化硅0.3份，钛白粉0.3份，碳酸锂1.3份，锡粉1.2份，二氧化硅0.5份，氧化铁0.3份，二氧化钛0.6份。
实施例2
一种超高容量锂电池阴极材料，所述阴极材料由以下重量份的原料组成：
石墨19份，铂金粉0.7份，碳化硅0.5份，钛白粉0.4，碳酸锂1.5份，锡粉1.3份，二氧化硅0.6份，氧化铁0.5份，二氧化钛0.8份。
实施例3
一种超高容量锂电池阴极材料，所述阴极材料由以下重量份的原料组成：
石墨20份，铂金粉0.8份，碳化硅0.7份，钛白粉0.6份，碳酸锂1.8份，锡粉1.5份，二氧化硅0.8份，氧化铁0.6份，二氧化钛1.0份。
所述石墨是天然鳞片墨、微晶石墨、人造石墨或中间相炭微球。
所述石墨颗粒平均粒径为25～30um。
一种超高容量锂电池阴极材料制备工艺，包括以下步骤：
(1)将上述原料混合均匀并加入到高速粉碎机内，在1500至1800rpm的转速下粉碎30至40分钟得到混合粉料；
(2)将混合粉料加入到低速冲击式球化粉碎机内，在800至1000rpm的转速下整形和球形化15至20分钟，得到球形混合粉料；
(3)利用氧化剂对球形混合粉料进行纯化处理；
(4)将纯化处理后的物料制成氧化石墨水溶液，超声处理后得到不同二维尺度的氧化石墨水溶液；
(5)将步骤(4)得到的不同二维尺度的氧化石墨水溶液按比例混合，超声分散均匀后得到具有分散尺度的复合氧化石墨水溶液，然后通过还原法得到具有分散尺度的石墨水溶液，再经干燥处理后得到具有分散尺度的复合石墨；
(6)将干燥后的复合石墨在浓度1.0M至1.2M的掺杂多价态过渡金属盐溶液中浸渍20至30小时，反应温度25至3，然后过滤、脱水烘干；
(7)将上述处理后的复合石墨与5～8％的有机物混合包覆形成包覆石墨；
(8)将包覆石墨进行碳化处理或石墨化处理，在保护气氛中加热500至550℃，保温4小时，然后降至室温。
所述步骤(3)中纯化处理采用的氧化剂是双氧水、过氧乙酸、二氧化氯、氯气、氢氧化钠、浓硫酸、硝酸、浓盐酸、高氯酸、其中任意两种或三种氧化剂的混合物。
所述步骤(6)中掺杂多价态过渡金属元素为Ag、Cu、Cr、Fe、Co、Ni、V、Mo或Sn，盐溶液采用硝酸盐，碳酸盐，硫酸盐、盐酸盐或含有掺杂元素的络盐溶液。
所述步骤(7)中的有机物混合包覆采用的包覆材料为水溶性的聚乙烯醇、丁苯橡胶乳SBR、羧甲基纤维素CMC、有机溶剂系的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种超高容量锂电池阴极材料，其特征在于，所述阴极材料由以下重量份的原料组成：
石墨18-20份，铂金粉0.5-0.8份，碳化硅0.3-0.7份，钛白粉0.3-0.6份，碳酸锂1.3-1.8份，锡粉1.2-1.5份，二氧化硅0.5-0.8份，氧化铁0.3-0.6份，二氧化钛0.6-1.0份。
2.如权利要求1所述的超高容量锂电池阴极材料，其特征在于，所述石墨是天然鳞片墨、微晶石墨、人造石墨或中间相炭微球。
3.如权利要求1或2所述的超高容量锂电池阴极材料，其特征在于，所述石墨颗粒平均粒径为25～30um。
4.一种超高容量锂电池阴极材料制备工艺，包括以下步骤：
(1)将上述原料混合均匀并加入到高速粉碎机内，在1500至1800rpm的转速下粉碎30至40分钟得到混合粉料；
(2)将混合粉料加入到低速冲击式球化粉碎机内，在800至1000rpm的转速下整形和球形化15至20分钟，得到球形混合粉料；
(3)利用氧化剂对球形混合粉料进行纯化处理；
(4)将纯化处理后的物料制成氧化石墨水溶液，超声处理后得到不同二维尺度的氧化石墨水溶液；
(5)将步骤(4)得到的不同二维尺度的氧化石墨水溶液按比例混合，超声分散均匀后得到具有分散尺度的复合氧化石墨水溶液，然后通过还原法得到具有分散尺度的石墨水溶液，再经干燥处理后得到具有分散尺度的复合石墨；
(6)将干燥后的复合石墨在浓度1.0M至1.2M的掺杂多价态过渡金属盐溶液中浸渍20至30小时，反应温度25至3，然后过滤、脱水烘干；
(7)将上述处理后的复合石墨与5～8％的有机物混合包覆形成包覆石墨；
(8)将包覆石墨进行碳化处理或石墨化处理，在保护气氛中加热500至550℃，保温4小时，然后降至室温。
5.如权利要求4所述的超高容量锂电池阴极材料制备工艺，其特征在于，所述步骤(3)中纯化处理采用的氧化剂是双氧水、过氧乙酸、二氧化氯、氯气、氢氧化钠、浓硫酸、硝酸、浓盐酸、高氯酸、其中任意两种或三种氧化剂的混合物。
6.如权利要求4所述的超高容量锂电池阴极材料制备工艺，其特征在于，所述步骤(6)中掺杂多价态过渡金属元素为Ag、Cu、Cr、Fe、Co、Ni、V、Mo或Sn，盐溶液采用硝酸盐，碳酸盐，硫酸盐、盐酸盐或含有掺杂元素的络盐溶液。
7.如权利要求4所述的超高容量锂电池阴极材料制备工艺，其特征在于，所述步骤(7)中的有机物混合包覆采用的包覆材料为水溶性的聚乙烯醇、丁苯橡胶乳SBR、羧甲基纤维素CMC、有机溶剂系的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈。
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