一种高性能锂离子电池负极结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能锂离子电池负极结构及其制备方法，该锂离子电池负极结构包括内核和外壳，所述内核由石墨构成，所述外壳包括红磷、碳纳米管、无机锂化合物及粘结剂，所述内核与外壳的厚度比为20：X，其中X大于等于1且小于等于4。该锂离子电池负极不仅克容量高，且倍率性能佳、低温性能优异、循环性能佳。

A high performance anode structure of lithium ion battery and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高性能锂离子电池负极结构及其制备方法
本专利技术涉及锂离子电池材料制备领域，更具体的说是涉及一种高性能锂离子电池负极结构及其制备方法。
技术介绍
随着电动汽车的快速发展，要求锂离子电池具有更高的能量密度及快速充放电能力。而提高锂离子电池能量密度的方法主要有：1）采用高容量的正负极材料，比如硅碳负极材料，但硅碳负极材料膨胀率高，造成其循环性能较差，难以产业化；2）采用高压电解液，比如采用4.35V以上的有机电解液，但是在目前的技术条件下，难以有大的突破；3）采用更薄的正负极集流体，但是制备工艺难度较大造成其近期难以有大的突破。而提高锂离子电池快速充放电的方法主要有：1）采用倍率型的正负极材料；2）采用锂离子导电率高的电解液；3）采用集流体底涂涂覆技术；4）优化电池设计。由以上的措施中可以看出，采用正负极材料则可以根本上提高材料的能量密度和快充性能。但是在提高材料克容量量的同时，材料的倍率性能、低温性能及其循环性能会受到不利影响。因此开发出一种在提高其容量的同时，倍率性能，低温性能也能得到提高的材料显得非常必要。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题提供一种高性能锂离子电池负极结构及其制备方法，该锂离子电池负极不仅克容量高，且倍率性能佳、低温性能优异、循环性能佳。本专利技术通过下述技术方案实现：一种高性能锂离子电池负极结构，包括内核和外壳，所述内核由石墨构成，所述外壳包括红磷、碳纳米管、无机锂化合物及粘结剂，所述内核与外壳的厚度比为20：X，其中X大于等于1且小于等于4。本方案采用包覆原理，在负极材料表面包覆功能性物质，提高材料的电化学性能。包覆层太薄，性能改善的效果不理想；包覆层太厚，一是制备工艺上不好实现，二是这种情况下就不是颗粒表面包覆，而是颗粒团聚造粒，结构已经发生变化，材料的特性也会随之变化，为了提高负极结构的化学性能，内核与外壳的厚度比设置在该范围内。一种高性能锂离子电池负极制备方法，该锂离子电池负极采用上述结构，其制备方法包括以下步骤：配制红磷混合溶液：称取6～8g聚偏氟乙烯和2～4g聚酰胺添加到50g的N-甲基吡咯烷酮中，高速分散均匀得到固含量为20%粘结剂，称取60～70g的红磷、5～10g碳纳米管、10～30g的无机锂化合物及500gN-甲基吡咯烷酮添加到25～50g的粘结剂中，并通过高速分散机分散1～3h得到红磷混合溶液；石墨包覆：称取500g石墨添加到红磷混合溶液中，80℃搅拌2h后，转移到管式炉中，并在氮气保护气下，以1～10℃/min的升温速率升温到200～300℃，并保温1～3h，再以1～10℃/min升温到1000～1500℃，并保温1～3h，之后降温到室温即可得到包覆有磷、锂及、碳纳米管的石墨复合材料。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术锂离子电池负极结构采用磷、锂、碳纳米管进行包覆，利用红磷克容量高、层间距大的特性提高负极材料的克容量及其大倍率条件下锂离子的传输速率，从而提高其负极材料的倍率性能；同时掺杂的无机锂化合物为大倍率充放电过程中提供充足的锂离子，提高其材料的首次效率、倍率性能及其低温性能；并依靠其碳纳米管提高掺杂磷的导电性提高其包覆层的电子导电性，并与无机锂化合物的锂离子导电性之间产生协同效应，从而可以在提高锂离子能量密度的同时，锂离子电池的倍率性能、循环性能也能得到改善。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。图1为实施例2方法制得的复合负极材料的的扫面电镜测试图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1一种高性能锂离子电池负极结构，包括内核和外壳，内核由石墨构成，外壳包括红磷、碳纳米管、无机锂化合物及粘结剂，所述内核与外壳的厚度比为20：X，其中X大于等于1且小于等于4。其中，红磷、碳纳米管、无机锂化合物及粘结剂的重量份比为A:B:C:D，其中，60≤A≤70，5≤B≤10，5≤C≤10，10≤D≤30。粘结剂包括以下成分及其重量比：聚偏氟乙烯6～8份、聚酰胺2～4份、N-甲基吡咯烷酮50份。所述无机锂化合物为偏铝酸锂、碳酸锂、氢氧化锂中的一种或多种。具体的，该锂离子电池负极的制备方法为：配制红磷混合溶液：称取6～8g聚偏氟乙烯和2～4g聚酰胺添加到50g的N-甲基吡咯烷酮中，高速分散均匀得到固含量为20%粘结剂，称取60～70g的红磷、5～10g碳纳米管、10～30g的无机锂化合物及500gN-甲基吡咯烷酮添加到25～50g的粘结剂中，并通过高速分散机分散1～3h得到红磷混合溶液；石墨包覆：称取500g石墨添加到红磷混合溶液中，80℃搅拌2h后，转移到管式炉中，并在氮气保护气下，以1～10℃/min的升温速率升温到200～300℃，并保温1～3h，再以1～10℃/min升温到1000～1500℃，并保温1～3h，之后降温到室温即可。实施例2基于上述结构和制备方法，本实施例公开一具体实施方式。配制红磷混合溶液：称取7g聚偏氟乙烯和3g聚酰胺添加到50g的N-甲基吡咯烷酮中，高速分散均匀得到固含量为20%粘结剂；称取65g的红磷、8g碳纳米管、20g的无机锂化合物及500gN-甲基吡咯烷酮添加到40g的粘结剂中，并通过高速分散机分散2h得到红磷混合溶液；石墨包覆：称取500g石墨添加到红磷混合溶液中，80℃搅拌2h后，转移到管式炉中，并在氮气保护气下，以5℃/min的升温速率升温到250℃，并保温2h，再以5℃/min升温到1200℃，并保温2h，之后自然降温到降温到室温即可。上述方法制得复合负极材料的扫面电镜测试图如图1所示，呈现球状，表面光滑、颗粒分布合理，粒径介于（5～10）µm之间。实施例3基于实施例1的结构和制备方法，本实施例公开一具体实施方式。配制红磷混合溶液：称取6g聚偏氟乙烯和4g聚酰胺添加到50g的N-甲基吡咯烷酮中，高速分散均匀得到固含量为20%粘结剂；称取60g的红磷、5g碳纳米管、30g的无机锂化合物及500gN-甲基吡咯烷酮添加到25g的粘结剂中，并通过高速分散机分散2h得到红磷混合溶液；石墨包覆：称取500g石墨添加到红磷混合溶液中，80℃搅拌2h后，转移到管式炉中，并在氮气保护气下，以1℃/min的升温速率升温到200℃，并保温1h，再以1℃/min升温到1000℃，并保温1h，之后自然降温到降温到室温即可。实施例4基于实施例1的结构和制备方法，本实施例公开一具体实施方式。配制红磷混合溶液：称取8g聚偏氟乙烯和2g聚酰胺添加到50g的N-甲基吡咯烷酮中，高速分散均匀得到固含量为20%粘结剂；称取70g的红磷、10g碳纳米管、10g的无机锂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能锂离子电池负极结构，其特征在于：包括内核和外壳，所述内核由石墨构成，所述外壳包括红磷、碳纳米管、无机锂化合物及粘结剂，所述内核与外壳的厚度比为20：X，其中X大于等于1且小于等于4。/n

【技术特征摘要】
1.一种高性能锂离子电池负极结构，其特征在于：包括内核和外壳，所述内核由石墨构成，所述外壳包括红磷、碳纳米管、无机锂化合物及粘结剂，所述内核与外壳的厚度比为20：X，其中X大于等于1且小于等于4。


2.根据权利要求1所述的一种高性能锂离子电池负极结构，其特征在于，所述红磷、碳纳米管、无机锂化合物及粘结剂的重量份比为A:B:C:D，其中，60≤A≤70，5≤B≤10，5≤C≤10，10≤D≤30。


3.根据权利要求1所述的一种高性能锂离子电池负极结构，其特征在于，所述粘结剂包括以下成分及其重量比：聚偏氟乙烯6～8份、聚酰胺2～4份、N-甲基吡咯烷酮50份。


4.根据权利要求1所述的一种高性能锂离子电池负极结构，其特征在于，所述无机锂化合物为偏铝酸锂、碳酸锂、氢氧化...

【专利技术属性】
技术研发人员：高川，王超，董昭青，王圆方，梁运辉，
申请(专利权)人：成都爱敏特新能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51