一种锂离子电池复合负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种锂离子电池复合负极材料的制备方法，首先将石墨、硬碳、水性粘结剂分散在分散剂中，然后利用静电纺丝技术进行静电纺丝处理，然后将静电纺丝产物研磨、干燥、碳化得到硬碳包覆石墨的复合负极材料。该复合材料具有核壳结构，核为石墨壳为硬碳，不仅利用了人造石墨化成效率高、循环性能优良的特点，又利用了硬碳克容量高、倍率性能好的优点；并利用了水性粘结剂高温裂解生成的多孔结构，不仅提高材料的吸液能力，从而提高循环性能，而且多孔结构可以使电池在大倍率放电时，提高材料的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及，属于无机材料制备

技术介绍
锂离子电池是近几年发展起来的一种新型电池，而负极材料又是影响电池性能的关键因素，尤其是电池的循环、倍率等性能。而传统制备负极材料原材料主要是石油焦、针 状焦，之后经过粉碎、分级、碳化甚至石墨化得到的负极材料，具有循环好、倍率性能差等特点，如专利CN1691374A公开了一种制备人造石墨的方法，其制备出的材料具有循环性能好、倍率性能差等缺点。而硬碳是碳材料的一种并由于具有比容量高、首次不可逆容量大、倍率性能好等特性，而硬炭是锂离了电池最初所用负极材料，如糠醛树脂热分解产物、酚醛树脂热分解产物、炭黑等，具有可逆容量低，首次效率低，放电电压低等缺点，但其同时具有优异的倍率和循环性能以及低温特性。为了改善人造石墨倍率性能差的问题，在石墨表面包覆一层树脂类高分子热解炭，既能阻止电解液中溶剂分子的共插入，提高倍率性能和循环性能，但是树脂包覆后的材料比表面比较大，导致首次效率偏低，不可逆容量大。为了克服上述缺点，JP11246209公开了一种锂离子电池用负极碳材料，采用石墨与硬碳混合，在浙青中浸润后分离浙青，进行热处理使浙青碳化，在石墨和硬碳表面形成一定后度的浙青炭化层，但是这种碳材料的稳定性较差，在高倍率充放点条件下，很难保持稳定的放电容量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种倍率型锂离子电池复合负极材料，在高倍率充放电条件下保持较高的放电容量。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案是，包括如下步骤I)将粒径D50为16 24 ii m石墨加入到含有水性粘结剂的水溶液中分散得到分散液A，其中水性粘结剂为LA132水性粘结剂、LA133水性粘结剂、LA135水性粘结剂中的一种，将粒径D50为5 10 ii m硬碳加入到分散介质和水中分散得到分散液B，将分散液A和分散液B混合搅拌得到混合液，所述水性粘结剂石墨硬碳分散剂的质量比为I :(0. I I) :(0. I I) :(0. I 100)；2)将混合液进行静电纺丝处理，在接收板上得到静电纺丝产物；3)将静电纺丝产物研磨、干燥，在900 1000°C温度下碳化I 24小时，采用50 200目筛网进行筛分，得到锂离子电池复合负极材料。其中所述分散液A和分散液B中的加水量只要满足均匀分散并具有流动性即可，在此没有特殊限定，作为优化的方案分散液A中加水量为水性粘结剂重量的4 6倍，分散液B中加水量为硬碳重量的5 1000倍。所述静电纺丝处理的处理参数为喷丝头与接受板的距离为0. I 10cm，电喷丝的电压为0. I 100KV，喷流速度为0. 0001 10mL/S。所述静电纺丝处理的处理参数为喷丝头与接受板的距离为0. 5 I. Ocm,电喷丝的电压为I 20KV，喷流速度为0. I lmL/S。步骤2)所述静电纺丝处理中采用的接收板为石墨板。步骤I)所述分散介质为十二烷基苯磺酸钠。步骤I)石墨加入到含有水性粘结剂的水溶液中的所述分散为球磨6 8小时。步骤I)硬碳加入到分散介质中的所述分散为球磨6 8小时。步骤I)所述分散液A和分散液B混合搅拌时间为6 8小时。本专利技术锂离子电池复合负极材料，是在石墨表面包覆水性粘结剂，之后添加分散均匀的硬碳在其石墨表面包覆，之后通过高温灼烧使粘结剂分解炭化，得到具有多孔结构的石墨/硬碳复合负极材料。本专利技术的复合负极材料不仅利用了石墨化成效率高、循环性能优良的特点，又利用了硬碳克容量高、倍率性能好的优点，并利用了水性粘结剂高温裂解生成的多孔结构，该多孔结构不仅提高材料的吸液能力，从而提高循环性能，而且多孔结构可以使电池在大倍率放电时，提高材料的稳定性。而且本实验采用的电纺丝喷雾技术，可以形成结构紧密、稳定的复合材料。电纺丝喷雾技术(静电纺丝技术)是在电场作用下的纺丝技术，其工作原理是将材料与分散剂的混合液加入到注射器中，然后通过置于液体中的金属电极与电源连接，注射器喷口端的液体受到表面张力和电场力的共同作用；在电场的作用下溶液中的同性电荷被迫聚集在液滴表面，端部的溶液液滴由半球形逐渐变为锥形，当电场力超过表面张力带电的液流会从喷口端射出，喷射到接收装置的接收板上形成薄膜。与现有技术相比本专利技术的有益效果是采用静电纺丝技术对含有石墨/水性粘结剂/硬碳的混合液进行静电纺丝处理，使其喷射至接收板上，混合液在电压或喷射压力的作用下，材料间产生纳米效应，相互紧密结合而形成硬碳包覆石墨的核壳结构薄膜。同时，粘结剂的高温裂解产生的孔洞形成的结构也有利于电解液的吸收，对提高锂离子的传输具有积极的作用。其制备出的电池具有内阻低、倍率性能优良等特性。附图说明图I为实施例I的复合负极材料的扣点曲线图；图2为采用实施例I的复合负极材料组装成电池的倍率放电曲线图；图3为实施例2的复合负极材料的扣点曲线图；图4为采用实施例2的复合负极材料组装成电池的倍率放电曲线图；图5为实施例3的复合负极材料的扣点曲线图；图6为采用实施例3的复合负极材料组装成电池的倍率放电曲线图。具体实施例方式实施例I本实施例的锂离子电池复合负极材料的制备方法包括如下步骤I)将50克的LA132水性粘结剂加入到200克二次蒸馏水中搅拌I小时，然后再加入25克粒径D50为16 ii m人造石墨并再球磨8小时得到分散液A ;将30克粒径D50为5 iim硬碳(上海杉杉科技有限公司，型号HCP)、500克十二烷基苯磺酸钠、2500克二次蒸馏水配混合并在球磨机球磨8小时得到分散液B ;将分散液B加入到分散液A中，并搅拌8小时得到混合液C ；2)将混合液C进行静电纺丝处理使混合液C喷射在石墨接收板上，处理参数为喷丝头与接受板的距离为0. Icm,电喷丝的电压为0. 1KV，喷流速度为0. 0001mL/S，在石墨接收板上得到静电纺丝产物；3)将静电纺丝产物研磨、80°C干燥2小时，在1000°C温度下碳化6小时，采用50目筛网进行筛分，得到锂离子电池复合负极材料。实施例2 本实施例的锂离子电池复合负极材料的制备方法包括如下步骤I)将50克的LA135水性粘结剂加入到200克二次蒸馏水中搅拌I小时，然后再加A 5克粒径D50为20 i! m人造石墨并再球磨6小时得到分散液A ;将10克粒径D50为8 y m硬碳(上海杉杉科技有限公司，型号HCP)、5克十二烷基苯磺酸钠、50克二次蒸馏水配混合并在球磨机球磨6小时得到分散液B ;将分散液B加入到分散液A中，并搅拌6小时得到混合液C;2)将混合液C进行静电纺丝处理使混合液C喷射在石墨接收板上，处理参数为喷丝头与接受板的距离为5cm，电喷丝的电压为55KV，喷流速度为5mL/S，在石墨接收板上得到静电纺丝产物；3)将静电纺丝产物研磨、80°C干燥2小时，在900°C温度下碳化12小时，采用100目筛网进行筛分，得到锂离子电池复合负极材料。实施例3本实施例的锂离子电池复合负极材料的制备方法包括如下步骤I)将50克的LA133水性粘结剂加入到300克二次蒸馏水中搅拌I小时，然后再加入50克粒径D50为24 ii m人造石墨并再球磨7小时得到分散液A ;将50克粒径D50为10 U m硬碳(上海杉杉科技有限公司，型号HCP)、5000克十二烷基苯磺酸钠、50000克二次蒸馏水配混合并在球磨机球磨7小时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池复合负极材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤 1)将粒径D50为16 24ii m石墨加入到含有水性粘结剂的水溶液中分散得到分散液A，其中水性粘结剂为LA132水性粘结剂、LA133水性粘结剂、LA135水性粘结剂中的一种，将粒径D50为5 10 ii m硬碳加入到分散介质和水中分散得到分散液B,将分散液A和分散液B混合搅拌得到混合液，所述水性粘结剂石墨硬碳分散剂的质量比为I :(0. I I):(0. I I) : (0. I 100)； 2)将混合液进行静电纺丝处理，在接收板上得到静电纺丝产物； 3)将静电纺丝产物研磨、干燥，在900 1000°C温度下碳化I 24小时，采用50 200目筛网进行筛分，得到锂离子电池复合负极材料。2.根据权利要求I所述的制备方法，其特征在于所述静电纺丝处理的处理参数为喷丝头与接受板的距离为0. I 10cm，电喷丝的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：买少辉，何喆，
申请(专利权)人：焦作聚能能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：