一种锂离子电池用负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种涉及一种锂离子电池用负极材料及其制备方法。该负极材料包括核层和包覆于所述核层外的壳层，所述核层为石墨，所述壳层为有机磺酸盐。本发明专利技术提供的锂离子电池用负极材料，能够提高锂离子电池的首次效率，并且能够提高锂离子电池的循环寿命。本发明专利技术提供的锂离子电池用负极材料的制备方法，工艺条件简单，无需进行融化处理和轻度粉碎，无需高温可降低生产成本，包覆效果良好。

A negative electrode material for lithium ion batteries and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池用负极材料及其制备方法
本专利技术属于锂离子电池
，尤其涉及一种锂离子电池用负极材料及其制备方法。
技术介绍
锂离子电池作为绿色清洁，可持续能源，成为近年来研究热点，被广泛应用于便携式设备及电动汽车上。但由于目前电池正、负极材料，电解液成分等因素，锂离子电池在可逆容量及循环稳定性方面仍有一定限制。目前，锂离子电池的负极主要是石墨材料，主要是因为石墨材料具有高的导电性和较好的充放电平台等优点。但是石墨材料也存在一定的缺点，比如天然石墨由鳞片层结构组成，层与层之间以范德华力为主，结构不稳定容易造成溶剂的共嵌，导致电池的充放电性能下降，循环性能降低。因此近年来针对天然石墨的改性处理已经成为研究热点。如专利申请公布号CN101887967A中，将沥青进行乳化处理，然后与天然石墨混合包覆设计，这种方法在包覆的效果上有一定的改进，但液相的沥青对石墨的包覆有一定的局限。日本专利JP10294111采用沥青对石墨进行低温包覆，然后进行不融化处理和轻度粉碎，这种方法在包覆效果上很难控制，而且包覆过程中需要升温到410℃，增加成本。专利申请CN200410002761.5采用沥青质材料包覆处理，虽然材料包覆效果上有一定的改善，但工艺条件复杂，成本增加。然而，在石墨表面包覆沥青等软碳方式对石墨进行改性这种方式仍有缺点，在电池首次充电时石墨表面仍会与电解液发生反应，生成SEI膜，消耗活性锂，降低首次效率，导致电池容量的损失；而且在循环过程中，随着石墨膨胀收缩，SEI膜不断地破损、再修复，持续消耗活性锂，进而导致电池循环寿命缩短。
技术实现思路
本专利技术的目的在于之一：针对现有技术的不足，而提供一种锂离子电池用负极材料，提高锂离子电池的首次效率，并且能够提高锂离子电池的循环寿命。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种锂离子电池用负极材料，其特征在于：包括核层和包覆于所述核层外的壳层，所述核层为石墨，所述壳层为有机磺酸盐，所述有机磺酸盐的结构式为其中，R包括烷基、羧基、羟基烷基、芳香基和烯烃基中的任意一种，M为金属阳离子。优选的，所述金属阳离子包括但不限于Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Al3+等。作为本专利技术所述的锂离子电池用负极材料的一种改进，所述核层的中值粒径为5～20μm。所述的中值粒径指一个样品的累计粒度分布百分数达到50％时所对应的粒径，其物理意义是粒径大于它的颗粒占50％，小于它的粒径也占50％；作为本专利技术所述的锂离子电池用负极材料的一种改进，所述壳层的厚度为1～150nm。虽然有机磺酸盐包覆对改善负极材料的电化学性能有很大的帮助，但壳层不宜过厚也不宜过薄，包覆厚度太大时，虽然界面反应得到很好抑制，但锂离子嵌入石墨层间的迁移距离增长，迁移难度增大，嵌锂容量开始降低；包覆厚度太小时，电极表面的石墨结构未能被有效覆盖，电解液组分在石墨表面的还原反应不能被有效控制，电极性质也会因此受到一定程度的影响。作为本专利技术所述的锂离子电池用负极材料的一种改进，所述壳层的厚度为10～50nm。有机磺酸盐能够刚好完全覆盖在石墨表面，在石墨表面形成一层较薄的壳层，有效阻止石墨直接与电解液的接触反应，降低SEI膜形成过程中引起的不可逆容量，使负极材料的首次放电效率提高。作为本专利技术所述的锂离子电池用负极材料的一种改进，所述核层与所述壳层的质量比为100:(1～10)。通过调节核层与壳层的质量比，可以控制包覆层厚度，优化得到最佳改性条件。作为本专利技术所述的锂离子电池用负极材料的一种改进，所述核层与所述壳层的质量比为100:(3～6)。该比例形成的壳层覆盖层与电解液相容性好，表面形成了均匀、致密的钝化膜，阻止了溶剂化锂离子的共嵌入，避免了溶剂还原产生气体而使结构层离；并且表面均匀致密的SIE膜及壳层对锂离子脱嵌过程引起的结构胀缩起到了缓冲作用，使材料结构更稳定，循环性能也相应得到改善。本专利技术的另一个目的在于：提供一种锂离子电池用负极材料的制备方法，包括以下步骤：S1，将有机磺酸盐溶解于溶剂中，配制含有机磺酸盐的溶液；S2，将石墨加入到S1所制得的有机磺酸盐溶液中，搅拌加热；S3，对S2所得进行干燥处理，得到锂离子电池用负极材料。作为本专利技术所述的锂离子电池用负极材料的制备方法的一种改进，在步骤S1中，所述溶剂包括水、乙醇、丙酮和N-甲基吡咯烷酮中的任意一种。作为本专利技术所述的锂离子电池用负极材料的制备方法的一种改进，在步骤S2中，所述搅拌加热的温度为80～120℃，所述搅拌加热的时间为2～10h。作为本专利技术所述的锂离子电池用负极材料的制备方法的一种改进，在步骤S3中，所述干燥处理的温度为70～90℃，所述干燥处理的时间为大于或者等于12h，所述干燥处理的条件为真空。相对于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种锂离子电池用负极材料，在石墨表面包覆有机磺酸盐，可以起到保护石墨的作用，避免在电池首次充电的过程中，石墨表面与电解液发生反应，消耗活性锂，生成SEI膜，减小电池在初始充电过程中的不可逆容量损失，提高首次效率；同时，由于有机磺酸盐还具有柔韧性，电池在循环过程中，SEI膜破坏减小，电池循环寿命增加。本专利技术还提供一种锂离子电池用负极材料的制备方法，该方法工艺条件简单，无需进行融化处理和轻度粉碎，无需高温可降低生产成本，包覆效果良好。具体实施方式下面结合具体实施方式，对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式并不限于此。说明，以下结构式分别用序号A～F表示，其中金属阳离子包括但不限于Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Al3+等。对比例1称取500g粒径D50为16.0μm的石墨以及30g聚乙二醇，先将A溶解于去离子水中，配制含有A的水溶液；再将石墨加入到含有A的水溶液中，将其置于反应釜中充分搅拌加热，加热温度为100℃，反应时间为6h；最后，从反应釜中取出反应后的溶液，在烘箱中真空干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为14h，除去残余溶剂，得到核层为石墨、壳层为60nm厚的A的负极材料。对比例2将石油沥青和石墨按重量比0.5:10的比例混合均匀，得混合料；将混合料在频率为45Hz的冲击式表面改性系统中进行15min的改性处理，得改性物料；在流量为1.0m3/h的氮气保护下，将改性物料于1200℃进行炭化处理，得炭化后物料；将炭化后物料进行粉碎，分级处理，至颗粒的平均粒度D50值为17μm±2μm，即得锂离子电池用负极材料。把该负极材料制成锂离子电池做物理和化学性能测试。实施例1称取500g粒径D50为12.0μm的石墨以及30gA，先将A溶解于去离子水中，配制含有A的水溶液；再将石墨加入到含有A的水溶液中，将其置于反应釜中充分搅拌加热，加热温度为100℃，反应时间为6h；最后，从反应釜中取出反应后的溶液，在烘箱中真空干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为14h，除去残余溶剂，得到核层为石墨、壳层为30nm厚的A的负极材料。实施例2称取500g粒径D50为12.0μm的石墨以及30gB。先将B溶解于去离子水中，配制含有B的水溶液；再将石墨加入到含有B的水溶液中，将其置于反应釜中充分搅拌加热，加热温度为100℃，反应时间为6h；最后，从反应釜中取出反应后的溶液，在烘箱中真空干燥，干燥温度为80℃，干燥时间为14h，除去残余溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池用负极材料，其特征在于：包括核层和包覆于所述核层外的壳层，所述核层为石墨，所述壳层为有机磺酸盐，所述有机磺酸盐的结构式为

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池用负极材料，其特征在于：包括核层和包覆于所述核层外的壳层，所述核层为石墨，所述壳层为有机磺酸盐，所述有机磺酸盐的结构式为其中，R包括烷基、羧基、羟基烷基、芳香基和烯烃基中的任意一种，M为金属阳离子。2.根据权利要求1所述的锂离子电池用负极材料，其特征在于：所述核层的中值粒径为5～20μm。3.根据权利要求1所述的锂离子电池用负极材料，其特征在于：所述壳层的厚度为1～150nm。4.根据权利要求3所述的锂离子电池用负极材料，其特征在于：所述壳层的厚度为10～50nm。5.根据权利要求1所述的锂离子电池用负极材料，其特征在于：所述核层与所述壳层的质量比为100:(1～10)。6.根据权利要求5所述的锂离子电池用负极材料，其特征在于：所述核层与所述壳层的质量比为100:(3～6)。7.一种权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶帅，
申请(专利权)人：东莞天予天正新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44