[发明专利]一种锂离子电池复合负极材料的制备方法

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的制备方法，属于无机材料制备技术领域。

背景技术

锂离子电池是近几年发展起来的一种新型电池，而负极材料又是影响电池性能的关键因素，尤其是电池的循环、倍率等性能。而传统制备负极材料原材料主要是石油焦、针状焦，之后经过粉碎、分级、碳化甚至石墨化得到的负极材料，具有循环好、倍率性能差等特点，如专利CN1691374A公开了一种制备人造石墨的方法，其制备出的材料具有循环性能好、倍率性能差等缺点。

而硬碳是碳材料的一种并由于具有比容量高、首次不可逆容量大、倍率性能好等特性，而硬炭是锂离了电池最初所用负极材料，如糠醛树脂热分解产物、酚醛树脂热分解产物、炭黑等，具有可逆容量低，首次效率低，放电电压低等缺点，但其同时具有优异的倍率和循环性能以及低温特性。为了改善人造石墨倍率性能差的问题，在石墨表面包覆一层树脂类高分子热解炭，既能阻止电解液中溶剂分子的共插入，提高倍率性能和循环性能，但是树脂包覆后的材料比表面比较大，导致首次效率偏低，不可逆容量大。

为了克服上述缺点，JP11246209公开了一种锂离子电池用负极碳材料，采用石墨与硬碳混合，在沥青中浸润后分离沥青，进行热处理使沥青碳化，在石墨和硬碳表面形成一定后度的沥青炭化层，但是这种碳材料的稳定性较差，在高倍率充放点条件下，很难保持稳定的放电容量。

发明内容

本发明的目的是提供一种倍率型锂离子电池复合负极材料，在高倍率充放电条件下保持较高的放电容量。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种锂离子电池复合负极材料的制备方法，包括如下步骤：

1）将粒径D50为16～24μm石墨加入到含有水性粘结剂的水溶液中分散得到分散液A，其中水性粘结剂为LA132水性粘结剂、LA133水性粘结剂、LA135水性粘结剂中的一种，将粒径D50为5～10μm硬碳加入到分散介质和水中分散得到分散液B，将分散液A和分散液B混合搅拌得到混合液，所述水性粘结剂：石墨：硬碳：分散剂的质量比为1：（0.1～1）：（0.1～1）：(0.1～100)；

2）将混合液进行静电纺丝处理，在接收板上得到静电纺丝产物；

3）将静电纺丝产物研磨、干燥，在900～1000℃温度下碳化1～24小时，采用50～200目筛网进行筛分，得到锂离子电池复合负极材料。

其中所述分散液A和分散液B中的加水量只要满足均匀分散并具有流动性即可，在此没有特殊限定，作为优化的方案分散液A中加水量为水性粘结剂重量的4～6倍，分散液B中加水量为硬碳重量的5～1000倍。

所述静电纺丝处理的处理参数为：喷丝头与接受板的距离为0.1～10cm，电喷丝的电压为0.1～100KV，喷流速度为0.0001～10mL/S。

所述静电纺丝处理的处理参数为：喷丝头与接受板的距离为0.5～1.0cm，电喷丝的电压为1～20KV，喷流速度为0.1～1mL/S。

步骤2）所述静电纺丝处理中采用的接收板为石墨板。

步骤1）所述分散介质为十二烷基苯磺酸钠。

步骤1）石墨加入到含有水性粘结剂的水溶液中的所述分散为球磨6～8小时。

步骤1）硬碳加入到分散介质中的所述分散为球磨6～8小时。

步骤1）所述分散液A和分散液B混合搅拌时间为6～8小时。

本发明锂离子电池复合负极材料，是在石墨表面包覆水性粘结剂，之后添加分散均匀的硬碳在其石墨表面包覆，之后通过高温灼烧使粘结剂分解炭化，得到具有多孔结构的石墨/硬碳复合负极材料。本发明的复合负极材料不仅利用了石墨化成效率高、循环性能优良的特点，又利用了硬碳克容量高、倍率性能好的优点，并利用了水性粘结剂高温裂解生成的多孔结构，该多孔结构不仅提高材料的吸液能力，从而提高循环性能，而且多孔结构可以使电池在大倍率放电时，提高材料的稳定性。而且本实验采用的电纺丝喷雾技术，可以形成结构紧密、稳定的复合材料。

电纺丝喷雾技术（静电纺丝技术）是在电场作用下的纺丝技术，其工作原理是：将材料与分散剂的混合液加入到注射器中，然后通过置于液体中的金属电极与电源连接，注射器喷口端的液体受到表面张力和电场力的共同作用；在电场的作用下溶液中的同性电荷被迫聚集在液滴表面，端部的溶液液滴由半球形逐渐变为锥形，当电场力超过表面张力带电的液流会从喷口端射出，喷射到接收装置的接收板上形成薄膜。