[发明专利]一种锂离子电池负极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料领域，尤其涉及一种高导电性、高压实锂离子电池负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、比能量大、安全性能好等优点，在移动通讯、笔记本电脑等3C领域得到广泛应用。目前市场上锂电池负极材料主要是石墨类负极材料，石墨负极材料在锂离子嵌入和脱出过程中，体积变化小，因此具有很好的循环性能。随着技术的发展，特别是电动汽车的发展，锂电池成为了电动汽车应用电池的首选电池。但是现有的石墨类产品，特别是人造石墨普遍存在容量低、导电性较差、极片压实低、极片反弹大等问题。因此研究人员不断地研究高性能锂电池负极材料，特别是硅基、锡基等材料的研究开发。由于硅、锡等材料在锂电池充放电过程中存在严重的体积膨胀的问题，因此研究人员将硅、锡等纳米化，希望能够缓解充放电过程中由于体积膨胀原因导致材料粉化的问题，从而提高材料的循环性能。例如CN102544444A提供了一种含锡基和钴基的材料，希望能够进一步提高电池的性能，采用这些材料虽可进一步提高电池的容量，且可以缓解容量衰减的速度。但是专利所采用的原料比较昂贵，不利于产品商业化。实现材料高容量、长循环等等高性能，且成本低、加工工艺简单，一直是锂离子电池负极材料领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明目的是提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法以解决的现有技术中锂离子电池负极材料导电性差、比容量低、循环性能差、极片反弹大的问题。

本发明的技术方案之一是，提供一种锂离子电池负极材料，包括石墨颗粒，其特征在于：在石墨颗粒表面包覆纳米铜颗粒，纳米铜颗粒表面有一层氧化铜。

本发明的技术方案之二是，提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：(a)在水中加入水溶性有机高分子；(b)加入石墨；(c)加入可溶性铜盐；(d)滴加碱液使铜离子沉积在石墨表面；(e)过滤、将沉淀干燥；(f)在惰性气体保护下，加热至600-900℃热处理后冷却，冷却至200-150℃，再在空气中冷却。

进一步地，所述热处理的升温速率不超过5℃/min。

进一步地，所述热处理的时间为3-6小时。

进一步地，所述水溶性有机高分子与所述石墨的质量比为1:10-1:25。

进一步地，所述可溶性铜盐与所述石墨的质量比为1:5-1:40。

进一步地，所述可溶性铜盐与所述碱液中溶质的质量比为1:1-1:6。

进一步地，所述水溶性有机高分子在水溶液中的含量为5-50g/L。

进一步地，所述碱液的摩尔浓度为0.05-0.5mol/L。

进一步地，所述碱液的滴加速率不超过5mL/min。

本发明介绍了一种锂离子电池负极材料及其制备方法，其采用的包覆材料为更便宜，来源更广的，且对电池没有副作用的金属铜，并且利用铜氧化物可以跟锂进行置换反应，从而提升材料的容量；此外石墨表面的纳米铜颗粒表面形成均一氧化层制备方法及工艺简单、加工设备少、成本低，因此采用此方法加工得到的锂电池负极材料具有高导电、高比容量、高压实、优异的循环性能、低成本等特点。

本发明通过液相方法将非晶态铜化合物包覆在石墨表面，并通过热处理将铜化合物分解还原成铜，最后在含氧条件下，部分铜氧化成铜氧化物。为了提高非晶态的铜化合物包覆在石墨表面均一性及控制包覆在石墨表面的非晶态的铜化合物颗粒大小。本发明采用将石墨分散具有两性有机高分子水溶液中，由于有机高分子油性特性，使得其能够吸附在石墨表面，因此在搅拌下，石墨能够很好的分散在水溶液中。随后加入水溶性铜化合物，铜离子由于自身带正电，因此铜离子吸引到呈负电性的有机高分子基团上，随着搅拌时间增加，铜离子能够均匀和有机高分子呈负电性基团上，从而很好的分散在石墨表面上。并且在最后加入的沉淀剂作用下，铜离子沉积在石墨表面。沉积的非晶态铜化合物纳米颗粒均匀包覆在石墨表面，在后续的热处理过程中，非晶态铜化合物纳米颗粒在热作用下变成了纳米氧化铜，同时由于有机高分子在惰性气体保护下受热分解出还原性气体，使得纳米氧化铜被还原成纳米铜，最后，热处理完成后，冷却到200-150℃时，使其在空气中继续冷却，纳米铜表面会生成一层很薄的铜氧化物。因为铜及铜氧化物导电性非常好，因此采用此方法制备得到的材料导电性非常好；此外负极嵌锂过程中，铜氧化物可以跟锂进行置换反应，因此在充放电过程中，锂离子可以与铜氧化物进行反应，从而提高了材料的充放电容量；另外铜氧化物及铜密度远高于石墨密度，含铜及铜氧化物的石墨颗粒，其密度增加，从而也提高了材料的压实性能。

附图说明