锂离子电池负极碳材料的制造方法技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池负极碳材料的制造方法，将沥青以２０～８０％的掺配比例溶解在汽油中，并除去不溶成分；将混合物在４００～７００℃的温度下在氮气或氩气中加热３～３０小时，使沥青充分炭化，并粉碎已炭化的沥青；将粉碎的炭化沥青在氮气或氩气中于２０００～３０００℃高温石墨化加热５～３０小时，将粉碎的沥青石墨化；将石墨化的沥青以１０～６０％的比例溶解于过氧化氢中，在氧气中于８０～３００℃温度下烧结２～５０小时，即可得到多孔层状的锂离子电池负极碳材料。此法制得的材料利于锂离子的脱嵌并增大接受锂离子的面积，利于ＳＥＩ膜的形成并拓宽里层锂离子的脱嵌的路径，能提高电池的容量、安全性和循环性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池制造的
，特别与锂离子电池负极 碳材料的制造方法有关。
技术介绍
锂离子电池是一种理想的小型绿色电源，自1990年问世以来， 因其卓越的性能得到了迅猛的发展，并广泛地应用于社会。锂离子电 池工作电压高、比能量大、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、 无污染，其以其它电池所不可比拟的优势迅速占领了许多领域，如大 家熟知的移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等等，且越来越多的国 家将该电池应用于军事用途。锂离子电池的正极材料是氧化钴锂，负 极材料是碳。当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生 成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的碳有很多微孔，到 达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中，嵌入的锂离子越多，充电容 量越高。同样道理，当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程)， 嵌在负极碳层中的锂离子脱出，又运动回到正极。回到正极的锂离子 越多，放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。目前常用的碳负极制造方法主要类型有在一定高温下加热软碳 得到高度石墨化的碳；将具有特殊结构的交联树脂在高温下分解得到 的硬碳；高温热分解有机物和高聚物制备的含氢碳等，但是现有方法 制造的负极碳材料大部分为包覆型球形结构，该结构不利于锂离子的 完全脱嵌，多次循环产生的沉积锂，不但降低了电池的容量和循环寿 命，而且容易形成枝晶锂，使电池内部短路，大大降低电池的安全性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种多孔、层状结构的锂离子电池负极碳 材料的制造方法，使负极碳材料利于锂离子的脱嵌并增大接受锂离子的面积，利于SEI膜的形成并拓宽里层锂离子的脱嵌的路径，能提高 电池的容量，并^:高电池的安全性和循环性。 为实现上述目的，本专利技术的解决方案是一种，(l)将沥青以20%~ 80%的掺配比例溶解在汽油中，并除去其中的不溶成分；(2)将混合 物在400 。C至700 。C的温度下在氮气或氩气气氛中加热处理3~30 小时，使沥青充分炭化，并用粉碎机粉碎已炭化的沥青；(3)将粉 碎的炭化沥青在氮气或氩气气氛中于2000°C - 3000。C高温石墨化加 热处理5 ~ 30小时，将賴、淬的沥青石墨化；(4 )将石墨化的沥青以 10%~ 60%的比例溶解于过氧化氢中，在氧气气氛中于80°C ~ 300。C温 度下烧结2 ~ 50小时，即可得到多孔层状的锂离子电池负极碳材料。步骤(1)中所述沥青为煤焦油沥青或石油沥青中的一种或两种 的混合物。步骤(1)中以快凝稀释的方式去除其中的不溶成分。 本专利技术提供的锂离子电池负极碳材料孔隙率范围为30°/ -50%,如 此大的孔隙率决定了该材料有效表面积较大，该结构不仅利于锂离子 与电解液能够容易地流向电极内部，而且还具有增大锂离子吸附的表 面面积的作用。由此，该材料的更利于接纳更多的锂离子，是一种高 容量的材料。如此大的孔隙率决定了该材料有效运载锂离子的空间较 大，3各径多，该结构利于锂离子的完全脱嵌，不至于在多次循环后形 成沉积锂，导致电池内部短路而爆炸起火。总之，本专利技术改变负极原 有球形结构，变成多孔、层状结构，多孔利于锂离子的脱嵌，并增大 接受锂离子的面积，层状不仅利于SEI膜的形成，而且拓宽了里层锂 离子的脱嵌的路径，从而提高了碳负极的容量，提高了电池安全性和 循环性。附图说明图1为本专利技术提供的锂离子电池负极碳材料做成的电池与普通 电池的循环性能对比图。具体实施方式一、锂离子电池负极碳材料的制造将煤焦油沥青或石油沥青以20°/。- 80%的4参配比例溶解在汽油中， 以快凝稀释的方式去除其中的不溶成分；将沥青在400 。C至700 。C 的温度下在N2或Ar气体氛围中加热处理3 ~ 30小时，使沥青充分炭 化，粉碎已炭化的沥青；将粉碎的炭化沥青在N2或Ar气体氛围中于 2 0 0 0 ~ 3 0 0 (TC经高温石墨化加热处理5 ~ 3 0小时，将#分碎的沥青石墨 化，将石墨化的沥青以10%~60%的比例溶解于过氧化氢中，在氧气 气氛中80 ~ 30(TC温度下烧结2 ~ 50小时即可得到多孔层状高容量的 碳负极材料。本专利技术4是供的锂离子电池负极^^材料孔隙率范围为30%-50%,如 此大的孔隙率决定了该材料有效表面积较大，该结构不仅利于锂离子 与电解液能够容易地流向电极内部，而且还具有增大锂离子吸附的表 面面积的作用。该锂离子电池负极碳材料的分子结构示意图为A面B面二、采用本专利技术提供的锂离子电池负极碳材料制造电池 将碳负极材料按下列配比混料本专利技术提供的负极碳材料导电碳CMC(羧曱基纤维素钠)SBR(丁苯橡胶)=90: 3.5: 2.5: 4将混好的浆料均匀涂到铜箔上，与锂片组成电池并检测该负极材料的性能。由于本专利技术提供的锂离子电池负极碳材料更利于接纳更多的锂 离子，是一种高容量的材料，经检测负极碳材料的首次充电容量为 680 mAh/g,首次;故电容量为620 mAh/g，库仑效率达到91. 2% ，做成才莫 拟电池对锂的容量为700 mAh/g,而一般多孔负极材料的库伦效率均 在90%以下，对4里的容量为640 mAh/g。三、本专利技术提供的锂离子电池负极碳材料做成的电池与普通电池 的循环性能对比<table>table see original document page 6</column></row><table>如图1所示，为本专利技术提供的锂离子电池负极碳材料做成的电池 与普通电池的循环性能对比图，由图中可见常规负极材料随着循环次 数增多，有效可逆锂的数量越来越少，容量衰减也越来越快，本专利技术 的负极碳材料由于有效表面积大，有效运载锂离子的空间较大，沉锂 的机会和比例大大减小，可逆比例大大增加，循环性能自然有很大提 高。综上所述，本专利技术是基于原有多孔负极材料的基础上，调整制备 方法，优化材料结构，形成有利于锂离子脱嵌的多孔、层状结构，大 大提高材料的容量、循环性能，并能有效提高材料的安全性能，是负 极材料新的发展方向。权利要求1、，其特征在于包括以下步骤(1)将沥青以20％～80％的掺配比例溶解在汽油中，并除去其中的不溶成分；(2)将混合物在400℃至700℃的温度下在氮气或氩气气氛中加热处理3～30小时，使沥青充分炭化，并用粉碎机粉碎已炭化的沥青；(3)将粉碎的炭化沥青在氮气或氩气气氛中于2000℃～3000℃高温石墨化加热处理5～30小时，将粉碎的沥青石墨化；(4)将石墨化的沥青以10％～60％的比例溶解于过氧化氢中，在氧气气氛中于80℃～300℃温度下烧结2～50小时，即可得到多孔层状的锂离子电池负极碳材料。2、 如权利要求1所述的锂离子电池负极石友材料的制造方法，其 特征在于步骤(l)中所述沥青为煤焦油沥青或石油沥青中的一种 或两种的混合物。3、 如权利要求1所述的，其 特征在于步骤(l)中以快凝稀释的方式去除其中的不溶成分。全文摘要本专利技术提供一种，将沥青以20～80％的掺配比例溶解在汽油中，并除去不溶成分；将混合物在400～700℃的温度下在氮气或氩气中加热3～30小时，使沥青充分炭化，并粉碎已炭化的沥青；将粉碎的炭化沥青在氮气或氩气中于2000～3000℃高温石墨化加热5～30小时，将本文档来自技高网...

【技术保护点】
锂离子电池负极碳材料的制造方法，其特征在于包括以下步骤：（１）将沥青以２０％～８０％的掺配比例溶解在汽油中，并除去其中的不溶成分；（２）将混合物在４００℃至７００℃的温度下在氮气或氩气气氛中加热处理３～３０小时，使沥青充分炭化，并用粉碎机粉碎已炭化的沥青；（３）将粉碎的炭化沥青在氮气或氩气气氛中于２０００℃～３０００℃高温石墨化加热处理５～３０小时，将粉碎的沥青石墨化；（４）将石墨化的沥青以１０％～６０％的比例溶解于过氧化氢中，在氧气气氛中于８０℃～３００℃温度下烧结２～５０小时，即可得到多孔层状的锂离子电池负极碳材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李中延，王自霞，
申请(专利权)人：东莞市迈科新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]