[发明专利]锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池负极材料及其制备方法、以及使用该负极材料的电池，特别是一种锂离子电池复合碳负极材料及其制备方法、以及使用该负极材料的锂离子电池。

背景技术

随着各种便携式电子设备的小型化和电动汽车的快速发展，人们对于作为化学电源的锂离子电池提出了更高的性能要求。锂离子电池性能的提高主要取决于电极材料电化学性能的改善。通过对电极材料进行修饰改性，可以改善其电化学性能。常用的改性方法有表面包覆构造核-壳结构、掺杂改性和表面氧化。现有的碳包覆方法，虽可以在一定程度上提高材料电化学性能，但包覆层厚，电解液的浸润性差，影响了负极材料的电化学性能的进一步提高。在制作电极片时，需加入导电剂，且在嵌脱锂循环过程中，电极材料的体积发生变化，使充放电循环后电极材料颗粒之间及其与集流体之间接触不良，形成“孤岛”效应，导致电极材料、导电剂炭黑和集流体之间的导电网络被破坏和电阻增加，电池的循环性能下降。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池，要解决的技术问题是提高锂离子电池的充放电容量、倍率性能及吸液性能，且具有优良的循环性能，降低电池膨胀。

本发明采用以下技术方案：一种锂离子电池负极材料，所述锂离子电池负极材料，由石墨基体、在石墨基体表面原位生长的网状碳纳米管和/或碳纤维、和/或混和在石墨基体之间的网状碳纳米管和/或碳纤维组成复合材料，复合材料的晶体层间距d₀₀₂在0.3356～0.347nm，比表面积在1～20m²/g之间；所述网状碳纳米管和网状碳纤维的质量为石墨基体质量的0.1～15％；所述网状碳纳米管和网状碳纤维具有平均直径100～500nm，平均长度5～100μm。

一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：一、在石墨基体材料中加入质量为石墨基体质量的大于0至5％的催化剂，得到混合物；所述石墨基体为含碳量在85％以上天然鳞片石墨、微晶石墨、人造石墨、碳微球和导电石墨的一种以上，形状为球形、长短轴比为1.0～4.5的类球形、块状和片状的一种以上，其粒度D₅₀为3～40μm；所述催化剂为：铁、钴或镍的硝酸盐、硫酸盐、卤化物或氧化物；二、将混合物放入炉腔中，以0.1～50℃/min的速度升温，同时以0.05～10m³/h的流量通入保护性气体氮气或氩气，当温度达到300～1300℃时，以0.05～10m³/h的流量通入碳源气体，通入时间为0.1～5h；所述碳源气体为甲烷、乙炔、乙烯、CO₂、天然气、液化石油气、苯或噻吩；三、采用在炉壁和炉壁内的导热层之间通入冷却水进行降温的方式或炉内自然降温的方式至100℃以下；四、以0.5～50℃/min的升温速度，升温到300～3000℃，保温0.5～10h；五、采用在炉壁和炉壁内的导热层之间通入冷却水进行降温的方式或炉内自然降温方式至100℃以下，停止通入保护性气体氮气或氩气，得到锂离子电池负极材料。

本发明的加入催化剂采用固相混合或液相混合。

本发明的固相混合采用高速改性混合机、锥形混合机或球磨机进行机械混合，以500～5000r/min的转速，混合5～180min。

本发明的液相混合采用高速搅拌机或溶胶凝胶混合，以500～8000r/min的速度，混合搅拌5～180min，所用溶剂是水或有机溶剂，有机溶剂为无水乙二醇、丙三醇、异丙醇或丙酮、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮NMP或二甲基乙酰胺，溶剂的质量是石墨基体质量的0.1～3.0倍，混合温度为10～90℃，再采用喷雾干燥机、抽滤机或冷冻干燥机进行干燥。

本发明的喷雾干燥进口温度为150～350℃，出口温度为50～150℃，压强为10～100Pa。

本发明将混合物放入旋转炉、管式炉、碳管炉的炉腔中，混合物体积为炉膛容量0.1～50％，以大于0至20rpm的转速旋转炉腔。

本发明的将混合物放入炉腔中，以0.1～50℃/min的速度升温，当温度达到300～1300℃时，保持大于0至0.5h后，再以0.05～10m³/h的流量通入碳源气体。

本发明停止通入碳源气体后，在300～1300℃条件下保持大于0至6h。