[发明专利]一种低温锂离子电池负极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种低温锂离子电池负极材料的制备方法。

背景技术

有清洁能源、高效能源之称的锂电能源自成功开发以来，一直受市场热捧，其中锂离子电池近些年更是处于飞速发展的地步，并被广泛的用于各行各业。

锂离子电池之所以能如此飞速发展主要是得益于负极材料的进步。然而随着锂离子电池在极地考察、航天航空等极端环境下的运用中，发现锂离子电池的充放电效率、循环性能均下降，尤其是电池容量急剧下降而不能满足需求。

通过研究发现，低温时锂离子在电解液中的传质阻抗和石墨界面电荷转移阻抗急剧增大，锂离子在SEI膜中的扩散速度急剧降低，使得电极表面电荷累积程度加深，导致石墨嵌锂能力显著下降。为改善石墨低温充放电性能，需对石墨进行改性。常见的改性方法包括表面氧化、表面还原、碳包覆、掺杂其它非炭元素等，在众多的改性方法中，采取在石墨表面包覆能够抑制SEI膜形成的材料，如碳包覆，金属包覆和金属氧化物包覆等是最有效的方法，且易于实现工业化。经过包覆处理后的石墨，其表面直接与电解液接触的部分减少，进而抑制SEI膜的形成，石墨的低温性能得到改善。中国专利第CN102832378号揭示了一种锂离子电池碳负极材料。它以天然石墨为核心，热解碳为包覆原料，在包覆过程中掺杂碳纳米管。经该方法处理制备的天然石墨-10℃容量保持率可达84.6%，-20℃容量保持率可达75.2%，大倍率充放电性能良好。但是该工艺比较复杂，产品成本高，且制备过程难以控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、易于控制、价格低廉，有利于工业化的实施的低温锂离子电池负极材料的制备方法。

为达成前述目的，本发明一种低温锂离子电池负极材料的制备方法，其具体步骤如下：

（一）将平均直径为15-70μm的原材料天然石墨置于球磨机中，在200-400r/min的转速下，进行0.5-3h球磨细化处理，过筛，所述球磨化处理后的天然石墨，其平均粒径为5-35μm；

（二）将软碳壳层材料与步骤（一）得到的球磨化后的天然石墨按重量百分比为1:20-1:1研磨混合1-5h，混合研磨均匀后，在30-400℃下加热搅拌0.1-2h，冷却、过筛；

（三）在保护气氛下对所述步骤（二）得到的软碳包覆改性天然石墨进行固化和碳化处理，所述固化温度为50-500℃，固化保温时间为0.15-10h，所述碳化温度为650-1400℃,碳化保温时间为0.5-21h；

（四）将硬碳壳层材料的聚合物溶解在有机溶剂中，得到聚合物溶液；

（五）将所述步骤（三）得到的软碳包覆改性天然石墨加入到所述步骤（四）得到的聚合物溶液中，然后将其搅拌均匀，静置后蒸干溶剂，过筛；

（六）在保护气氛下对所述步骤（五）得到的软-硬碳双层包覆改性天然石墨进行固化和碳化得到最终的改性天然石墨，所述固化温度为100-600℃,固化保温时间为0.2-10h，所述碳化温度为750-1500℃,碳化保温时间为1-24h。

根据本发明的一个实施例，所述软碳壳层材料为低温沥青、中温沥青、高温沥青中的一种或几种。

根据本发明的一个实施例，所述保护气氛为N₂。

根据本发明的一个实施例，所述的步骤（三）中固化过程中的升温速率为6-30℃/mim，所述的步骤（三）中碳化过程中，升温速率为2-30℃/min。

根据本发明的一个实施例，所述步骤（四）中硬碳壳层聚合物材料与所述步骤（三）作为芯材料的软碳包覆后的石墨材料的质量比为1：15-1：2。

根据本发明的一个实施例，所述硬碳壳层聚合物材料为环氧树脂、酚醛树脂、聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚苯乙烯、聚吡咯烷酮、聚丙烯酸、聚氯乙烯中的一种或几种。

根据本发明的一个实施例，所述有机溶剂为丙酮、无水乙醇、N-甲基砒硌烷酮、N、N-二甲基甲酰胺、甲苯、氯仿中的一种。

根据本发明的一个实施例，所述步骤（五）中，搅拌时间为6-8h，静置时间为2-12h，溶剂蒸干温度为40-75℃，然后过300目筛。

根据本发明的一个实施例，所述步骤（六）中固化过程中的升温速率为1-30℃/min，碳化过程中的升温速率为1-20℃/min。

根据本发明的一个实施例，所述步骤（三）和（六）中碳化过程中降温速率为0.1-25℃/min。