[发明专利]一种电动车用新型高倍率改性炭复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于电动车用电池材料领域，更具体地说，是涉及一种电动车用新型高倍率改性炭复合材料及其制备方法。

背景技术：

为了应对节能减排和石油资源日渐匮乏的双重压力，大多数国家都将发展新能源汽车视为振兴本国汽车产业和节能减排的最重要途径，因这样一来，混合动力车和电动汽车走俏，车用锂电池成全球当前的研究热点。因为车用锂离子电池具有使用寿命长（1000-2000次）、电压高、体积小（比Ni-MH电池小30%）、品质轻、比能量高（比Ni-MH蓄电池高1倍）等方面的优点，与和Ni-MH电池相比，锂离子动力电池完全适合电动轿车起动时需要短时间（几秒）的大电流放电、加速爬坡时的快速放电以及长的续驶能力，因此锂离子动力电池替代铅酸电池和Ni-MH电池应用于电动车有望实现长距离、高寿命、高效率的目标。

但是，在车用锂二次电池中，材料的突破更是至关重要。商用锂离子电池的生产中负极仍以普通石墨类材料为主。普通石墨作为车用动力锂离子电池负极材料，不仅它的可逆容量低，而且它的高倍率充放电性能差，在电解质中的循环稳定性能也表现较差。最近经过大量研究发现，把普通炭素材料经过改性与复合处理，不仅能较大地提高材料的高倍率充放电性能，还能很好地提高电极的循环性能。

迄今为止，大多车用动力锂离子电池负极材料研究都没有彻底地解决好材料的大倍率充放电性能和循环稳定性能，他们的研究主要集中在炭素材料的包覆改性上，包覆改性类炭素材料很难解决好材料的大倍率充放电性能和循环稳定性能，这类材料只能应用在小型电动工具上，在电动车上应用受到了很大的限制，尤其是在电动车启动和上下坡时表现出的问题很难解决。我们是利用新型炭材料将其进行纳米粉体化后再进行复合改性，这样不仅解决了材料的大倍率充放电性能，还解决了材料的循环稳定性能。与本发明很接近的现有技术如下：

中国专利第200410015219.5号中所公开的一种改性石墨电池负极材料及其制备方法；J.Power Sources81-82（1999）368-378报道了在石墨表面通过真空镀上一层金属膜：Ag、Au、Bi、In、Pb、Pd、Sn、Zn等；中国专利第1810718A号中所公开的一种锂离子电池负极高性能结构炭及其制备方法和用途，它是以中间相炭微粉为主混合纳米材料后定型改性的碳负极材料。

然而，在普通炭素材料表面进行金属膜包覆，虽能改善首次放电效率和循环性能，但根本不能彻底解决大倍率充放电性能的问题，因为金属膜渡在普通炭素材料表面只能提高石墨的可逆容量，改善导电性能，但是其操作方法工艺复杂，难以控制镀层厚度，不易产业化；使用中间相炭微粉为主混合纳米材料后定型改性的碳负极材料，在大多情况下不是加工性能差就是与电解液的相容性能不好，导致材料一致性不好；还有以新型导电炭材料为核，无定型的高分子裂解碳为壳的炭负极材料虽然与电解液的相容性能很好，但由于表层为纳米级孔洞，这样会导致材料比表面积过大，会造成不可逆容量的增加，首次效率降低，还会使材料的循环稳定性变差。

发明内容：

本发明就是针对上述问题，提供了一种种充放电性能好的电动车用新型高倍率改性炭复合材料及其制备方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。

其由普通炭素粉体材料、纳米粉体材料和储能材料组成，三种材料的重量比依次为5~10：1.0~4.0： 0.1~2.0。

所述的普通炭素粉体材料为石油焦、针状焦、沥青焦、中间相碳微球、高纯微晶石墨、等静压石墨、天然石墨粉中的一种以上。

所述普通炭素粉体材料的固定碳量为95.0%~99.999%，粒度要求D50=3~20um，D90=8~45um，振实密度为0.6～1.4g/cc，比表面积为0.6～10.0 m2/g。

所述的纳米粉体材料为纳米碳纤维、碳纳米管、聚丙烯纤维、线型木炭粉、气相生长炭纤维、沥青基纤维粉、石墨烯、超导炭黑、乙炔黑中的一种以上。

所述的纳米粉体材料固定碳量95.0%~99.999%，振实密度为0.05～0.4g/cc。

所述的储能材料为聚糠醛热解炭、乙炔黑微孔碳、酚醛树脂热解炭、脲醛树脂、苯酚糠醛、橡胶热解炭、聚氯乙烯热解微孔炭、ABS树脂改性炭、丙烯酸树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂热解炭、聚氨酯中的一种以上，材料粒度要求D90为3.0～8.0um，容量为280～580mAh/g。

其制备过程依次为原料制备、热压成型、低温热处理、改性处理、中温炭化、石墨化和后期处理。

具体的制备步骤为，