CN107256952A - 一种锂离子电池负极改性材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源电池材料技术领域,具体公开了一种锂离子电池负极改性材料的制备方法，所述负极材料为在天然石墨上利用聚乙烯吡咯烷酮进行包覆，在天然石墨表面形成无定形碳包覆层，具体包括以下步骤：将聚乙烯吡咯烷酮与天然石墨混合在乙醇中，然后搅拌后过滤，再加热炭化，冷却后粉碎即得所述的聚乙烯吡咯烷酮改性石墨的负极材料。利用本发明提供的制备方法，将改性聚乙烯吡咯烷酮与天然石墨经过处理后，制得的负极材料的放电容量及首次效率比天然石墨分别提高了18mAh/g和13％，碳化包覆样品首次效率也提高了11％。石墨表面碳化包覆样品之后的循环效率也比天然石墨高将近80％，改善了天然石墨循环稳定性差的缺陷。

Description

一种锂离子电池负极改性材料的制备方法
技术领域
本发明属于新能源电池材料领域，具体涉及一种锂离子电池负极改性材料的制备方法。
背景技术
规模化储能、电动工具、电动汽车、便携式电子设备等对锂离子电池的比能量、比功率、安全性和循环寿命等提出了越来越高的要求。虽然锂离子电池的性能受正负极材料、电解质、粘结剂和集流体、隔膜等众多因素的影响，但影响其电化学性能的关键在于组成电池的电解质和正负极材料的性能，负极材料是影响锂离子电池电化学性能的关键之一。
石墨负极材料具有充放电电压平台低、安全性好以及成本低且价格低廉等优势，目前商业化锂离子电池主要采用的负极材料。但石墨负极材料的层状结构容易导致电解液溶剂离子的共嵌入，从而引起石墨层状结构的破坏，进而影响石墨负极材料的库仑效率和循环稳定性。石墨材料的各向异性结构特征也限制了锂离子在石墨结构中的自由扩散，从而影响石墨负极材料的倍率性能发挥。这些问题使得简单的石墨负极材料难以满足日益发展的电子设备、电动汽车等对高性能锂离子电池的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种聚乙烯吡咯烷酮(PVP)改性石墨的负极材料，比天然石墨的放电容量及首次效率高，还改善了天然石墨循环稳定性差的缺陷。
为解决上述技术问题，本发明一种锂离子电池负极改性材料的制备方法，所述负极改性材料为在天然石墨上利用聚乙烯吡咯烷酮进行包覆，在天然石墨表面形成无定形碳包覆层，制备方法如下：
(1)将所述聚乙烯吡咯烷酮与天然石墨按比例0.01～1:1混合在4-5倍质量的乙醇中得到混合物A；
(2)将所述混合物A搅拌后过滤，得到混合物B；
(3)将所述混合物B加热炭化，得到混合物C；
(4)将混合物C冷却后，粉碎至粒径为3～20μm，即得所述的聚乙烯吡咯烷酮改性石墨的负极材料。
进一步地，(2)中所述的搅拌环境温度为0～90℃，搅拌时间为1～2h。
进一步地，(3)中所述炭化温度为300～700℃，炭化时间为1～5h。
具体地，所述炭化在氮气保护下进行。
进一步地，所述聚乙烯吡咯烷酮为有机硅改性聚乙烯吡咯烷酮。
本发明的有益效果是：利用本发明提供的制备方法，将改性聚乙烯吡咯烷酮与天然石墨经过处理后，制得的负极材料的放电容量及首次效率比天然石墨分别提高了18mAh/g和13％，碳化包覆样品首次效率也提高了11％。石墨表面碳化包覆样品不仅首次效率比天然石墨高，之后的循环效率也比天然石墨高将近80％，说明石墨经过包覆处理后，改善了天然石墨循环稳定性差的缺陷，包覆在石墨表面的聚乙烯吡咯烷酮炭膜起到了阻止大体积溶剂分子共嵌入的作用，使石墨层只在小范围内可逆地膨胀收缩，而不致迅速塌陷崩溃，从而延长了石墨负极的循环寿命。
具体实施方式
下面将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作出创造性劳动的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。
对比例：
(1)将天然石墨混合在4-5倍质量的乙醇中得到混合物A；
(2)将所述混合物A搅拌后过滤，得到混合物B；
(3)将所述混合物B加热炭化，得到混合物C；
(4)将混合物C冷却后，粉碎至粒径为3～20μm
进一步地，(2)中所述的搅拌环境温度为0～90℃，搅拌时间为1～2h。
进一步地，(3)中所述炭化温度为300～700℃，炭化时间为1～5h。
具体地，所述炭化在氮气保护下进行。
实施例1
本发明的一个具体实施例中，公开了一种锂离子电池负极改性材料的制备方法，所述负极材料为在天然石墨上利用聚乙烯吡咯烷酮进行包覆，在天然石墨表面形成无定形碳包覆层，所述聚乙烯吡咯烷酮树脂为有机硅改性聚乙烯吡咯烷酮。通过以下步骤制得：
(1)将5g改性聚乙烯吡咯烷酮与100g天然石墨混合在500g的乙醇中得到混合物A；
(2)在20℃搅拌30min后过滤，得到混合物B；
(3)将混合物B在氮气保护下加热炭化，炭化温度为600℃，炭化时间为1h，炭化需要在氮气保护下进行，得到混合物C；
(4)将混合物C冷却后，粉碎至粒径为3～10μm，即得所述的聚乙烯吡咯烷酮改性石墨的负极材料。得到的负极材料能够与电解液有很好的相容性，具有更好的加工性能，电池的循环寿命增强。
实施例2
本发明的另一个具体实施例中，公开了一种锂离子电池负极改性材料的制备方法，所述负极材料为在天然石墨上利用聚乙烯吡咯烷酮进行包覆，在天然石墨表面形成无定形碳包覆层，所述的聚乙烯吡咯烷酮树脂为有机硅改性聚乙烯吡咯烷酮。通过以下步骤制得：
(1)将5g改性聚乙烯吡咯烷酮与200g天然石墨混合在1000g的乙醇中得到混合物A；
(2)在20℃搅拌90min后过滤，得到混合物B；
(3)将混合物B在氮气保护下加热炭化，炭化温度为600℃，炭化时间为1h，炭化需要在氮气保护下进行，得到混合物C；
(4)将混合物C冷却后，粉碎至粒径为5～10μm，即得所述的聚乙烯吡咯烷酮改性石墨的负极材料。
实施例3
本发明的再一个具体实施例中，公开了一种锂离子电池负极改性材料的制备方法，所述负极材料为在天然石墨上利用聚乙烯吡咯烷酮进行包覆，在天然石墨表面形成无定形碳包覆层，所述的聚乙烯吡咯烷酮树脂为有机硅改性聚乙烯吡咯烷酮。通过以下步骤制得：
(1)将5g改性聚乙烯吡咯烷酮与300g天然石墨混合在1500g的乙醇中得到混合物A；
(2)在30℃搅拌60min后过滤，得到混合物B；
(3)将混合物B在氮气保护下加热炭化，炭化温度为700℃，炭化时间为1h，炭化需要在氮气保护下进行，得到混合物C；
(4)将混合物C冷却后，粉碎至粒径为5～15μm，即得所述的聚乙烯吡咯烷酮改性石墨的负极材料。
本发明的有益效果是：利用本发明提供的制备方法，将改性聚乙烯吡咯烷酮与天然石墨经过处理后，制得的负极材料的平均放电容量及首次效率比对比例中天然石墨分别提高了18mAh/g和13％，碳化包覆样品首次效率也提高了11％。石墨表面碳化包覆样品不仅首次效率比天然石墨高，之后的循环效率也比天然石墨高将近80％，说明石墨经过包覆处理后，改善了天然石墨循环稳定性差的缺陷，包覆在石墨表面的聚乙烯吡咯烷酮炭膜起到了阻止大体积溶剂分子共嵌入的作用，使石墨层只在小范围内可逆地膨胀收缩，而不致迅速塌陷崩溃，从而延长了石墨负极的循环寿命。
以上所述是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种锂离子电池负极改性材料的制备方法，其特征在于，所述负极改性材料为在天然石墨上利用聚乙烯吡咯烷酮进行包覆，在天然石墨表面形成无定形碳包覆层，制备方法如下：
(1)将所述聚乙烯吡咯烷酮与天然石墨按比例0.01～1:1混合在4-5倍质量的乙醇中得到混合物A；
(2)将所述混合物A搅拌后过滤，得到混合物B；
(3)将所述混合物B加热炭化，得到混合物C；
(4)将混合物C冷却后，粉碎至粒径为3～20μm，即得所述的聚乙烯吡咯烷酮改性石墨的负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极改性材料的制备方法，其特征在于，(2)中所述的搅拌环境温度为0～90℃，搅拌时间为1～2h。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极改性材料的制备方法，其特征在于，(3)中所述炭化温度为300～700℃，炭化时间为1～5h。
4.根据权利要求3所述的一种锂离子电池负极改性材料的制备方法，其特征在于，所述炭化在氮气保护下进行。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池负极改性材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯吡咯烷酮为有机硅改性聚乙烯吡咯烷酮。
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