[发明专利]锂离子电池复合负极材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池复合负极材料及制备方法。

背景技术

锂离子电池具有高的能量密度，高的开路电压，好的安全性能。由于锂离子电池具有这些优势，锂离子电池自从问世以来一直受人们的广泛关注。现在人们研究的锂离子电池的电极材料有金属氧化物和碳材料。其中碳材料具有低的电压平台，较高的比容量，特别是低的成本这些优势使碳材料在锂离子电池电极中的应用得到扩展。但是，它与电解液相容性差，充电时容易发生溶剂化分子进入石墨层，使石墨层发生剥落，电解液与石墨层继续发生反应，导致石墨材料的循环性能变差。因此石墨材料应用受到限制，于是需要对石墨材料进行改性。

目前通常的采用的方法是碳包覆法，Yu Shiang Wu等人在2006年Journal of Alloys and Compounds 426：218-222上报道了用酚醛树脂这种硬碳包覆天然石墨，他们很好的解决了石墨负极复合材料的循环性能，但是，在他们的制备工艺中没有在硬碳中加入含有杂原子的添加剂，这导致了所制备的复合材料首次库伦效率最高的也低于90％，无法达到商业用途，这些限制了硬碳包覆球形天然石墨作为锂离子电池的应用。

发明内容

发明目的是提供一种锂离子电池复合负极材料；

发明的另一目的是提供一种锂离子电池复合负极材料的制备方法。

基于硬碳包覆球形天然石墨的基础上，在硬碳中引入杂原子，在保留了酚醛树脂裂解碳包覆球形石墨改善好的循环性能的基础上，提高球形天然石墨的首次库伦效率。

本发明的锂离子电池复合负极材料，其中含有杂原子的硬碳前驱体材料，选用原料为酚醛树脂、聚糠醛、呋喃树脂、聚乙烯醇、环氧树脂或聚丙烯腈其中的一种或两种以上，占球形天然石墨质量百分比5％-45％，杂原子的改性剂为含硼改性剂包括硼酸、三氧化二硼；含磷的改性剂包括磷酸、五氧化二磷；含氮的改性剂HNO₃；其中的一种，占硬碳前驱体质量百分比5％-35％；球形天然石墨；

制备步骤如下：

1)、将酚醛树脂、聚糠醛、呋喃树脂、聚乙烯醇、环氧树脂或聚丙烯腈其中的一种或两种以上；杂原子的改性剂，含硼改性剂包括硼酸、三氧化二硼，含磷的改性剂包括磷酸、五氧化二磷，含氮的改性剂HNO₃，其中的一种；按质量百分比称取，溶于乙醇搅拌均匀；

2)、加入天然石墨，恒温50-90℃继续搅拌1-5h；

3)、将反应物静止1-4h，过滤滤饼；

4)、将滤饼在80-120℃下真空干燥；

5)、将滤饼放入加热炉中，在惰性气体N₂或Ar保护下，以1-10℃/min速度升至600-1300℃，保温0.5-5h，自然冷却至室温，将所得的产物粉碎，即得含杂原子硬碳包覆的球形天然石墨复合材料。

将本发明制备的负极材料，组成模拟电池，所得电池的容量超过360mAH/g，首次库伦效率达到95.8％，有良好的循环性能。

本发明通过在石墨表面硬碳包覆层中加入了杂原子，杂原子的引入改变了表面硬碳的结构，这个结构的改变降低了复合材料由于硬碳的引入造成的首次库仑效率的降低。因此，本发明制备工艺在提高了石墨的循环性能的同时，进一步提高了材料的首次库伦效率。是一种成本低，工艺简单的方法。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明，列举以下实例，但其对本发明没有任何限制。

实施例1

称取10g球形天然石墨，酚醛树脂质量为球形天然石墨15％，磷酸质量为酚醛树脂质量的35％，将酚醛树脂溶于乙醇，加入磷酸搅拌均匀，加入球形天然石墨，恒温50℃继续搅拌1h，静止1h，过滤滤饼，在真空80℃下，干燥滤饼备用。放入加热炉中，在N₂下保护，以1℃/min升至600℃，保温0.5h，自然冷却至室温，得到锂离子电池复合负极材料。

实施例2

称取40g球形天然石墨，呋喃树脂质量为球形天然石墨的12.5％，将呋喃树脂溶于乙醇，加入硼酸质量为呋喃树脂的20％，搅拌均匀后加入球形天然石墨，恒温90℃继续搅拌4h，静止4h，过滤滤饼，在真空120℃下，干燥滤饼备用。放入加热炉中，在Ar保护下，以10℃/min的速度升温到1300℃保温3h，自然冷却至室温，得到锂离子电池复合负极材料。

实施例3