本发明专利技术公开了一种电动车用高倍率改性炭复合材料及其制备方法，本发明专利技术的任务是这样完成的，固定碳量在95％以上的普通炭素粉体材料和纳米粉体材料以及新型储能材料，所述三种材料的成分比例为：10∶1.0～4.0∶0.1～3.0，所述普通炭素粉体材料要求中位径为D50＝3～20um，D90＝8～45um，振实密度大于0.6g/cc，比表面积小于10m2/g，所述纳米粉体材料固定碳量大于80％，振实密度大于0.1g/cc。本发明专利技术创造所具有的优点，它在复合改性处理的过程中利用了纳米粉体材料和新型储能材料的导电性能与大倍率充放电特性，其主要特点是该材料在复合改性后不仅大倍率充放电性能有了明显的改善，还提高了与电解液的相容性能和材料的稳定性能以及循环寿命。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，特别是在普通炭素材料改性过程中复合一种纳米粉体材料与一种高倍率储锂新材料，适用于电动车用锂离子电池负极材料及其制备。
技术介绍
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。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。与本专利技术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。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。
技术实现思路
本专利技术的任务是提出一种在普通炭素材料改性过程中复合一种纳米粉体材料与一种高倍率储锂新材料，在应用时能以大倍率快速充放电，并且还能保证材料良好的循环性能和稳定性，本专利技术的任务是这样完成的，其特征在于固定碳量在95%以上的普通炭素粉体材料和纳米粉体材料以及新型储能材料，所述三种材料的成分比例为10 1.0 4. 0 0. 1 3. 0，所述普通炭素粉体材料要求中位径为D50 = 3 20um，D90 = 8 45um， 振实密度大于0. 6g/cc，比表面积小于10m2/g，所述纳米粉体材料固定碳量大于80%，振实密度大于0. lg/cc。所述新型储能材料容量在320mAh/g以上，a、原料制备选取一中普通炭素粉，将其分级粉碎，使其中位径为D50 = 3 20um，D90 = 8 45um，振实密度大于 0. 6g/cc的颗粒，然后将碳量大于80%，振实密度大于0. lg/cc的纳米粉体材料和容量为 320mAh/g以上新型储能材料进行混合，直到混合均勻；b、混捏成型在混合均勻后的粉体材料中加入一定量的粘结剂，然后进行捏合搓揉，待搓揉好后再将分级好的普通炭素材料包裹在其外层，最后热压成型即可；C、炭化处理将上述成型后的块料进行热处理，热处理温度在300 800°C，处理时间为2. 0小时以上，热处理过程中通入惰性气体进行保护，或者通入惰性气体混合气；d、改性处理将上述炭化后的材料进行粉碎分级等处理，然后再与普通炭素材料进行混合改性，其比例为10 0. 1 4.0 ;e、中温炭化取出改性复合后的粉体装入刚玉坩埚或者石墨坩埚进行预热处理，热处理温度达到800 130(TC时，保温 0. 5 24h，然后在降温处理，整个热处理时间不得少于3小时，热处理过程中通入惰性气体进行保护，或者通入惰性气体混合气；f、高温处理将上述中温处理后的粉体材料最后进行高温热处理，热处理温度为2500°C以上，处理时间为5小时以上，在热处理过程中通入保护气体，并同时通入纯化气体进行高温提纯；g、后期处理将高温处理后的粉体先进行分选，然后筛分，一般筛网目数要求为100 500目，所述的新型储能材料为聚氯乙烯热解改性微孔碳。本专利技术创造所具有的优点，它在复合改性处理的过程中利用了纳米粉体材料和新型储能材料的导电性能与大倍率充放电特性，其主要特点是该材料在复合改性后不仅大倍率充放电性能有了明显的改善，还提高了与电解液的相容性能和材料的稳定性能以及循环寿命。具体实施例方式它使用的原料包括固定碳量在95%以上的普通炭素材料，要求其中位径为D50 =3 20um，D90 = 8 45um，振实密度大于0. 6g/cc，比表面积小于10m2/g ；纳米粉体材料要求固定碳量大于80%，振实密度大于0. lg/cc ；新型储能材料容量在320mAh/g以上；然后再将这三种材料以一定比例进行混合，所述三种材料的成分比例为10 1.0 4.0 0.1 3.0;再通过混捏成型、改性处理、中温炭化和石墨化等处理，特别要求在热处理过程中通入氮气、惰性气体或其混合气体进行保护。本专利技术不仅工艺操作简单，而且材料性能也大大得到了改善，特别是大电流充放电效率提高明显，20C/0. 2C效率可达95%，20C 循环能达1000次以上，30C循环能达500次以上，IC充放电次数大于2500次；本专利技术打破了以往包覆改性的单一思路，通过以普通炭素和纳米材料为核再复合一种新型储能材料后经过改性处理，其方法在锂离子电池材料制作中开辟了新途径，为电动车用锂离子电池材料提供了新的思路和方法。实施例一使用碳含量为99. 0%，中位径D50 = 12um，D90 = 25um，振实密度为0. 8g/cc的人造石墨，比表面积为2. 6m2/g ；固定碳量为85%，振实密度为0. 15g/cc的纳米碳纤维；新型储能材料为聚糠醛热解改性微孔碳。然后将三种材料以重量比为6 3 1的比例进行混合，待混合均勻后取出再以重量比为10 1的比例与浙青焦油进行混合搅拌，搅拌均勻后再混捏成型。将成型后的粉体取出装入石墨坩埚进行低温炭化处理，炭化温度为500°C，处理时间为6小时，热处理过程中通入氮气进行保护。将热处理后的粉体进行粉碎分级处理， 处理后再与上述人造石墨进行混合改性，其比例为10 1.5。将改性处理后的粉体进行中温热处理，处理温度为1200°C，处理时间为18小时。最后将其材料在2800°C温度下进行的高温热处理，处理时间为48小时，然后慢慢冷却至室温。待处理完后将粉体进行250目分级过筛即得到所需料。根据动力锂离子电池负极材料应用常规评价检测，测出该材料的性能如下 20C/0. 2C效率为95. 2%;IC充20C放至效率为80%，循环次数为1126次；30C循环次数为 522次，IC充放电循环次数为2559次；实施例二 本实例使用碳含量为99. 5%，中位径D50 = 13um，D90 = 28um，振实密度为0. 9g/ cc的人造石墨，比表面积为5. 2m2/g ；固定碳量本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种电动车用高倍率改性炭复合材料及其制备方法，其特征在于：固定碳量在９５％以上的普通炭素粉体材料和纳米粉体材料以及新型储能材料，所述三种材料的成分比例为：１０∶１．０～４．０∶０．１～３．０，所述普通炭素粉体材料要求中位径为Ｄ５０＝３～２０ｕｍ，Ｄ９０＝８～４５ｕｍ，振实密度大于０．６ｇ／ｃｃ，比表面积小于１０ｍ２／ｇ，所述纳米粉体材料固定碳量大于８０％，振实密度大于０．１ｇ／ｃｃ，所述新型储能材料容量在３２０ｍＡｈ／ｇ以上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：叶涛，王学峰，汤宏伟，
申请(专利权)人：新乡市金冠能新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：41
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