锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池，要解决的技术问题是提高锂离子电池的放电容量、倍率、吸液以及循环性能。本发明专利技术的负极材料，由石墨基体、在石墨基体原位生长的网状碳纳米管和/或纳米碳纤维、和/或混和在石墨基体之间的网状碳纳米管和/或纳米碳纤维、纳米柱状结构组成复合材料。本发明专利技术的制备方法包括：在石墨基体材料中加入催化剂，放入炉腔，温度达300～1300℃时，通入碳源气体。本发明专利技术与现有技术相比，工艺简化，控制精确，易于重现，材料比表面积增加，导电性提高，放电容量提高10～30mAh/g，10C/1C比率≥94％，用本发明专利技术的材料制作电池，可减少导电剂用量，降低锂离子电池成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电池负极材料及其制备方法、以及使用该负极材料的电池，特别是一种锂离子电池复合碳负极材料及其制备方法、以及使用该负极材料的锂离子电池。
技术介绍
随着各种便携式电子设备的小型化和电动汽车的快速发展，人们对于作为化学电源的锂离子电池提出了更高的性能要求。锂离子电池性能的提高主要取决于电极材料电化学性能的改善。通过对电极材料进行修饰改性，可以改善其电化学性能。常用的改性方法有表面包覆构造核-壳结构、掺杂改性和表面氧化。现有的碳包覆方法，虽可以在一定程度上提高材料电化学性能，但包覆层厚，电解液的浸润性差，影响了负极材料的电化学性能的进一步提高。在制作电极片时，需加入导电剂，且在嵌脱锂循环过程中，电极材料的体积发生变化，使充放电循环后电极材料颗粒之间及其与集流体之间接触不良，形成“孤岛”效应， 导致电极材料、导电剂炭黑和集流体之间的导电网络被破坏和电阻增加，电池的循环性能下降。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法、锂离子电池，要解决的技术问题是提高锂离子电池的充放电容量、倍率性能及吸液性能，且具有优良的循环性能，降低电池膨胀。本专利技术采用以下技术方案一种锂离子电池负极材料，所述锂离子电池负极材料，由石墨基体、在石墨基体表面原位生长的网状碳纳米管和/或碳纤维、和/或混和在石墨基体之间的网状碳纳米管和/或碳纤维组成复合材料，复合材料的晶体层间距CU在 0. 3356 0. 347nm,比表面积在1 20m2/g之间；所述网状碳纳米管和网状碳纤维的质量为石墨基体质量的0. 1 15%;所述网状碳纳米管和网状碳纤维具有平均直径100 500nm， 平均长度5 100 μ m。一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤一、在石墨基体材料中加入质量为石墨基体质量的大于0至5 %的催化剂，得到混合物；所述石墨基体为含碳量在85 % 以上天然鳞片石墨、微晶石墨、人造石墨、碳微球和导电石墨的一种以上，形状为球形、长短轴比为1. 0 4. 5的类球形、块状和片状的一种以上，其粒度D5tl为3 40 μ m ；所述催化剂为铁、钴或镍的硝酸盐、硫酸盐、商化物或氧化物；二、将混合物放入炉腔中，以0. 1 500C /min的速度升温，同时以0. 05 10m3/h的流量通入保护性气体氮气或氩气，当温度达到300 1300°C时，以0. 05 10m3/h的流量通入碳源气体，通入时间为0. 1 5h ；所述碳源气体为甲烷、乙炔、乙烯、CO2、天然气、液化石油气、苯或噻吩；三、采用在炉壁和炉壁内的导热层之间通入冷却水进行降温的方式或炉内自然降温的方式至100°C以下；四、以0. 5 500C /min的升温速度，升温到300 3000°C，保温0. 5 IOh ；五、采用在炉壁和炉壁内的导热层之间通入冷却水进行降温的方式或炉内自然降温方式至100°c以下，停止通入保护性气体氮气或氩气，得到锂离子电池负极材料。本专利技术的加入催化剂采用固相混合或液相混合。本专利技术的固相混合采用高速改性混合机、锥形混合机或球磨机进行机械混合，以 500 5000r/min的转速，混合5 180min。本专利技术的液相混合采用高速搅拌机或溶胶凝胶混合，以500 8000r/min的速度， 混合搅拌5 180min，所用溶剂是水或有机溶剂，有机溶剂为无水乙二醇、丙三醇、异丙醇或丙酮、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮NMP或二甲基乙酰胺，溶剂的质量是石墨基体质量的 0. 1 3. O倍，混合温度为10 90°C，再采用喷雾干燥机、抽滤机或冷冻干燥机进行干燥。本专利技术的喷雾干燥进口温度为150 350°C，出口温度为50 150°C，压强为10 lOOPa。本专利技术将混合物放入旋转炉、管式炉、碳管炉的炉腔中，混合物体积为炉膛容量 0. 1 50%，以大于0至20rpm的转速旋转炉腔。本专利技术的将混合物放入炉腔中，以0. 1 50°C /min的速度升温，当温度达到 300 1300°C时，保持大于0至0. 5h后，再以0. 05 10m3/h的流量通入碳源气体。本专利技术停止通入碳源气体后，在300 1300°C条件下保持大于0至6h。本专利技术对所述锂离子电池负极材料采用100°C以下加热、真空干燥或其他现有技术来控制其水分含量在0. 1 %以下，然后进行筛分，除磁，除磁次数为1 10次，磁感应强度为3000 30000GS，处理温度为10 80°C，电磁锤打击次数为3 180/秒，得到平均粒度 D5tl为3 50 μ m的锂离子电池负极材料。一种锂离子电池负极材料，所述锂离子电池负极材料由石墨基体及其表面原位生长的纳米柱状和/或纳米颗粒状结构组成；所述石墨基体为含碳量在85%以上的天然石墨、天然鳞片石墨、微晶石墨、人造石墨、碳微球或导电石墨，具有球形、长短轴比为1.0 4. 5的类球形、块状和/或片状的形貌特征，粒度为D5tl为3 40um ；所述纳米柱状和/或纳米颗粒状结构为无序的晶体，纳米柱状和/或纳米颗粒状结构质量为石墨基体质量的 0. 05 10%。一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤一、热处理，在保护性气体氮气或氩气气氛中，将石墨基体以1 20°C /min的升温速度，至300 3000°C热处理1 144h，然后炉内自然降温至100以下。C;所述石墨基体材料为含碳量在85%以上天然石墨、 天然鳞片石墨、微晶石墨、人造石墨、碳微球或导电石墨，粒度为D5tl为3 40um ；二、混合， 在石墨基体中加入质量为石墨基体质量的大于0至5%的催化剂，采用固相混合或液相混合，得到混合物；所述催化剂为铁、钴或镍的硝酸盐、硫酸盐、商化物或氧化物；三、气相沉积，将混合物放入炉腔中，以0. 1 50°C /min的速度升温，以0. 1 10m3/h的流量通入保护性气体氮气或氩气，当温度达到300 1300°C时，保持0. 1 0. 5h，以0. 1 10m3/h的流量通入碳源气体，通入时间为0. 1 4h ；所述碳源气体为甲烷、乙炔、乙烯、CO2、天然气、 液化石油气、苯或噻吩；四、保温，在300 1300°C条件下保持0. 5 他；五、采用在炉壁和炉壁内的导热层之间通入压缩空气进行降温的方式或炉内自然降温的方式至100°C以下， 停止通入保护性气体氮气或氩气，得到锂离子电池负极材料。本专利技术的保护性气体氮气或氩气气氛，气体流量为0. 5 20m3/h。本专利技术的热处理，石墨基体的体积占炉膛容量的1 50%。本专利技术石墨基体中加入质量为石墨基体质量的大于0至5 %的催化剂，采用固相混合的方法，转速为100 3000r/min，处理时间为5 200min，处理温度为20 80°C。本专利技术的石墨基体中加入质量为石墨基体质量的大于0至5%的催化剂，采用液相混合的方法，固体质量为固体和液体总质量的10-70%，转速为600 3000r/min，混合时间为90 180min，混合搅拌温度为10 80°C，液相混合后采用喷雾干燥机、抽滤机或冷冻干燥机进行干燥，控制物料水分质量含量在2%以下。本专利技术的气相沉积，将混合物放入旋转炉、管式炉、碳管炉的炉腔中，以5 20rpm 的转速旋转炉腔。本专利技术锂离子电池负极材料先筛分后除磁，除磁为1 10次本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种锂离子电池负极材料，其特征在于：所述锂离子电池负极材料，由石墨基体、在石墨基体表面原位生长的网状碳纳米管和／或碳纤维、和／或混和在石墨基体之间的网状碳纳米管和／或碳纤维组成复合材料，复合材料的晶体层间距ｄ００２在０．３３５６～０．３４７ｎｍ，比表面积在１～２０ｍ２／ｇ之间；所述网状碳纳米管和网状碳纤维的质量为石墨基体质量的０．１～１５％；所述网状碳纳米管和网状碳纤维具有平均直径１００～５００ｎｍ，平均长度５～１００μｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：岳敏，闫慧青，邓明华，黄友元，
申请(专利权)人：深圳市贝特瑞新能源材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94