專(zhuān)利名稱(chēng)：鋰離子電池負(fù)極材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料及其制造方法，特別是采用樹(shù)脂基包覆石墨，制成鋰離子電池負(fù)極材料及其制造方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)的鋰離子電池生產(chǎn)中，負(fù)極材料是非常關(guān)鍵的材料。而且，碳材料是目前商業(yè)化鋰離子電池首選的負(fù)極材料。碳負(fù)極材料一般可以分為低溫?zé)峤馓?，和石墨?lèi)碳材料。低溫?zé)峤馓嫉馁|(zhì)量比容量高，電解液的相容性好。但是，缺點(diǎn)是首次充放電效率低，體積密度小。石墨類(lèi)碳材料具有較低的放電平臺(tái)，嵌鋰容量高，理論比容量為372mAh/g，并且首次充放電效率高，安全性能好。然而，由于在充放電過(guò)程中，石墨顆粒容易發(fā)生膨脹和收縮，出現(xiàn)層狀物剝落，導(dǎo)致其循環(huán)放電性能降低。這種材料需要得到改善。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鋰離子電池負(fù)極材料及其制造方法，其能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。本發(fā)明采用石墨為核心，以環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂等作為外包覆層，在不同溫度條件下，為包覆材料進(jìn)行熱處理。這種包覆材料不僅保持了石墨的平坦放電電壓平臺(tái)，以及較高的嵌鋰容量的特點(diǎn)，而且還改進(jìn)了石墨與電解質(zhì)的相容性和高倍率充放電性能。
為實(shí)現(xiàn)上述本發(fā)明的目的，提供一種鋰離子電池負(fù)極材料，將乙醇5～300份和呋喃類(lèi)樹(shù)脂0.1～100份混和均勻；在上述乙醇和呋喃類(lèi)樹(shù)脂的混合物中加入石墨10～200份，攪拌均勻；在35～110℃溫度條件下進(jìn)行干燥，時(shí)間0.3～5小時(shí)；將經(jīng)過(guò)干燥的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物粉碎；在加熱設(shè)備中對(duì)乙醇、呋喃樹(shù)脂和石墨的混合物加熱，溫度控制在250～1500℃，同時(shí)送入氬氣，氬氣的壓力為1.1×105Pa～1.3×105Pa；然后分階段進(jìn)行加熱，在加熱第一階段溫度130～600℃，保持時(shí)間5～60分鐘；在第二階段的溫度800～1500℃，保持時(shí)間0.1～5小時(shí)；在室溫條件下進(jìn)行冷卻，使經(jīng)過(guò)加熱的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物溫度降低至200℃以下；再使混合物通過(guò)50～500目篩網(wǎng)，進(jìn)行篩選。
在本發(fā)明提供的另一種鋰離子電池負(fù)極材料中，所述呋喃類(lèi)樹(shù)脂不含氮，其密度是1.10-1.20g/ml。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，還提供了一種制造鋰離子電池負(fù)極材料的方法，其制作步驟如下將乙醇5～300份和呋喃類(lèi)樹(shù)脂0.1～100份混和均勻；在上述乙醇和呋喃類(lèi)樹(shù)脂的混合物中加入石墨10～200份，攪拌均勻；在加熱條件下進(jìn)行干燥，干燥溫度35～110℃，時(shí)間0.3～5小時(shí)；將經(jīng)過(guò)干燥的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物粉碎；在加熱設(shè)備中對(duì)乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物加熱，溫度控制在250～1500℃，同時(shí)送入氬氣，氬氣的壓力為1.1×105Pa～1.3×105Pa；然后分階段進(jìn)行加熱，在加熱第一階段溫度130～600℃，保持時(shí)間5～60分鐘；在第二階段的溫度800～1500℃，保持時(shí)間0.1～5小時(shí)；在室溫條件下進(jìn)行冷卻，使經(jīng)過(guò)加熱的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物溫度降低至200℃以下；再使混合物通過(guò)50～500目篩網(wǎng)，進(jìn)行篩選。
對(duì)于采用本發(fā)明的鋰離子電池負(fù)極材料生產(chǎn)的電池進(jìn)行測(cè)試，以進(jìn)口的LiCoO2材料作為正極，并且分別以銅箔與鋁箔作為負(fù)極和正極的集流體，以美國(guó)生產(chǎn)的Celgard2300材料作為隔膜，以1mol/1LiPF6/EC+DEC(體積比1∶1)作為電解液，在氬氣手套干燥箱內(nèi)(水份控制在＜15ppm以下)，對(duì)AA型圓柱形鋰離子電池進(jìn)行注液。
利用以上基本條件制作的電池，采用計(jì)算機(jī)控制的測(cè)試儀對(duì)電池進(jìn)行測(cè)試，充放電電流0.5C，充放電電壓范圍2.75---4.2V。電池的單體容量在750mAh以上。電池的工作電壓3.8V。經(jīng)過(guò)測(cè)試100次之后，電池的容量由760mAh下降至710mAh。
本發(fā)明生產(chǎn)的鋰離子電池負(fù)極材料，具有上面所述的顯而易見(jiàn)的優(yōu)點(diǎn)。采用這種方法生產(chǎn)包覆碳材料的工藝簡(jiǎn)單，操作方便，成本低廉，而且，產(chǎn)品性能優(yōu)良穩(wěn)定。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明提供的生產(chǎn)鋰離子電池負(fù)極材料的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，采用乙醇5～300份，呋喃類(lèi)樹(shù)脂0.1～100份，其中所述呋喃類(lèi)樹(shù)脂不含氮，其密度是1.10-1.20g/ml。石墨10～200份。干燥溫度35～110℃，時(shí)間0.3～5小時(shí)。送入氬氣的壓力為1.1×105Pa～1.3×105Pa。在加熱第一階段溫度130～600℃，保持時(shí)間5～60分鐘。然后，在加熱第二階段將溫度升高到溫度800～1500℃，保持時(shí)間0.1～5小時(shí)。使經(jīng)過(guò)加熱的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物溫度降至200℃以下。使混合物通過(guò)50～500目篩網(wǎng)。
在本發(fā)明提供的另一個(gè)生產(chǎn)鋰離子電池負(fù)極材料的優(yōu)選實(shí)施例中，采用乙醇190份、呋喃類(lèi)樹(shù)脂50份、石墨150份；干燥溫度70℃，時(shí)間4小時(shí)；送入氬氣的壓力為1.2×105Pa；在加熱第一階段溫度350℃～500℃，保持時(shí)間40～55分鐘；然后在加熱第二階段將溫度升高到溫度1400℃，保持時(shí)間2～4小時(shí)；使經(jīng)過(guò)加熱的乙醇、呋喃樹(shù)脂和石墨的混合物溫度降至低于200℃；使混合物通過(guò)300目篩網(wǎng)。
在本發(fā)明提供的又一個(gè)生產(chǎn)鋰離子電池負(fù)極材料的優(yōu)選實(shí)施例中，采用乙醇120份、呋喃類(lèi)樹(shù)脂25份、石墨115份；干燥溫度90℃，時(shí)間3.5～4.5小時(shí)；送入氬氣的壓力為1.3×105Pa；在加熱第一階段溫度410℃～600℃，保持時(shí)間35～50分鐘；然后在加熱第二階段將溫度升高到溫度1360℃，保持時(shí)間1.5～3小時(shí)；使經(jīng)過(guò)加熱的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物溫度降至低于150℃；使混合物通過(guò)250目篩網(wǎng)。
在本發(fā)明提供的制造鋰離子電池負(fù)極材料的方法的實(shí)施例中，包括以下制作步驟將乙醇5～300份、呋喃類(lèi)樹(shù)脂0.1～100份混和均勻；在上述乙醇和呋喃類(lèi)樹(shù)脂的混合物中加入石墨10～200份，攪拌均勻；在加熱條件下，對(duì)上述乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物進(jìn)行干燥；干燥溫度35～110℃，時(shí)間0.3～5小時(shí)；將經(jīng)過(guò)干燥的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物粉碎；在加熱設(shè)備中對(duì)乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物加熱，同時(shí)送入氬氣，壓力為1.1×105Pa～1.3×105Pa；分階段進(jìn)行加熱，在加熱第一階段溫度溫度130～600℃，保持時(shí)間5～60分鐘；第二階段的溫度升高到800～1500℃，保持時(shí)間0.1～5小時(shí)；在室溫條件下進(jìn)行冷卻；使經(jīng)過(guò)加熱的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物溫度降低至200℃以下；再使混合物通過(guò)50～500目篩網(wǎng)，進(jìn)行篩選。
在本發(fā)明提供的另一個(gè)鋰離子電池負(fù)極材料的制造方法的優(yōu)選實(shí)施例中，包括采用乙醇190份、呋喃樹(shù)脂50份、石墨150份；干燥溫度70℃，時(shí)間4小時(shí)；送入氬氣的壓力為1.2×105Pa；在加熱第一階段，溫度350～500℃，保持時(shí)間40～55分鐘；然后在加熱第二階段，將溫度升高到溫度1400℃，保持時(shí)間2～4小時(shí)；使經(jīng)過(guò)加熱的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物溫度降至200℃；使混合物通過(guò)300目篩網(wǎng)。
在本發(fā)明提供的另一個(gè)鋰離子電池負(fù)極材料的制造方法的優(yōu)選實(shí)施例中，包括采用乙醇120份、呋喃樹(shù)脂25份、石墨115份；干燥溫度90℃，時(shí)間3.5～4.5小時(shí)；送入氬氣的壓力為1.3×105Pa；在加熱第一階段溫度410℃～600℃，保持時(shí)間35～50分鐘；然后，在加熱第二階段將溫度升高到溫度1360℃，保持時(shí)間1.5～3小時(shí)；使經(jīng)過(guò)加熱的乙醇、呋喃樹(shù)脂和石墨的混合物溫度降至低于150℃；使混合物通過(guò)250目篩網(wǎng)。
上述實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，并非對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。本發(fā)明要求保護(hù)的構(gòu)思和范圍記載在本發(fā)明的權(quán)利要求書(shū)中。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池負(fù)極材料，其特征是將乙醇5～300份和呋喃類(lèi)樹(shù)脂0.1～100份混和均勻；在上述乙醇和呋喃類(lèi)樹(shù)脂的混合物中加入石墨10～200份，攪拌均勻；在加熱條件下進(jìn)行干燥，干燥溫度35～110℃，時(shí)間0.3～5小時(shí)；將經(jīng)過(guò)干燥的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物粉碎；在加熱設(shè)備中對(duì)乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物加熱，溫度控制在250～1500℃，同時(shí)送入氬氣，氬氣的壓力為1.1×105Pa～1.3×105Pa；然后分階段進(jìn)行加熱，在加熱第一階段溫度130～600℃，保持時(shí)間5～60分鐘；在第二階段的溫度800～1500℃，保持時(shí)間0.1～5小時(shí)；在室溫條件下進(jìn)行冷卻，使經(jīng)過(guò)加熱的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物溫度降低至200℃以下；再使混合物通過(guò)50～500目篩網(wǎng)，進(jìn)行篩選。
2.按照權(quán)利要求1所述的鋰離子電池負(fù)極材料，其特征是所述呋喃類(lèi)樹(shù)脂不含氮，其密度是1.10-1.20g/ml。
3.按照權(quán)利要求2所述的鋰離子電池負(fù)極材料，其特征是其中采用乙醇190份、呋喃樹(shù)脂50份、石墨150份；干燥溫度70℃，時(shí)間4小時(shí)；送入氬氣的壓力為1.2×105Pa；在加熱第一階段溫度350℃～500℃，保持時(shí)間40～55分鐘；然后在加熱第二階段將溫度升高到溫度1400℃，保持時(shí)間2～4小時(shí)；使經(jīng)過(guò)加熱的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物溫度降至低于200℃；使混合物通過(guò)300目篩網(wǎng)。
4.按照權(quán)利要求3所述的鋰離子電池負(fù)極材料，其特征是其中采用乙醇120份、呋喃樹(shù)脂25份、石墨115份；干燥溫度90℃，時(shí)間3.5～4.5小時(shí)；送入氬氣的壓力為1.3×105Pa；在加熱第一階段溫度410℃～600℃，保持時(shí)間35～50分鐘；然后在加熱第二階段將溫度升高到溫度1360℃，保持時(shí)間1.5～3小時(shí)；使經(jīng)過(guò)加熱的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物溫度降至低于150℃；使混合物通過(guò)250目篩網(wǎng)。
5.一種制造鋰離子電池負(fù)極材料的方法，其制作步驟如下將乙醇5～300份和呋喃類(lèi)樹(shù)脂0.1～100份混和均勻；在上述乙醇和呋喃類(lèi)樹(shù)脂的混合物中加入石墨10～200份，攪拌均勻；在加熱條件下進(jìn)行干燥，干燥溫度35～110℃，時(shí)間0.3～5小時(shí)；將經(jīng)過(guò)干燥的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物粉碎；在加熱設(shè)備中對(duì)乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物加熱，同時(shí)送入氬氣，氬氣的壓力為1.1×105Pa～1.3×105Pa；然后分階段進(jìn)行加熱，在加熱第一階段溫度130～600℃，保持時(shí)間5～60分鐘；在第二階段的溫度800～1500℃，保持時(shí)間0.1～5小時(shí)；在室溫條件下進(jìn)行冷卻，使經(jīng)過(guò)加熱的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物溫度降低至200℃以下；再使混合物通過(guò)50～500目篩網(wǎng)，進(jìn)行篩選。
6.按照權(quán)利要求5所述的鋰離子電池負(fù)極材料的制造方法，其特征是采用乙醇5～300份、呋喃類(lèi)樹(shù)脂0.1～100份、石墨10～200份；干燥溫度35～110℃，時(shí)間0.3～5小時(shí)；送入氬氣的壓力為1.1×105Pa～1.3×105Pa；在加熱第一階段溫度130～600℃，保持時(shí)間5～60分鐘；然后，在加熱第二階段將溫度升高到溫度800～1500℃，保持時(shí)間0.1～5小時(shí)；使經(jīng)過(guò)加熱的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物溫度降至低于200℃；使混合物通過(guò)50～500目篩網(wǎng)。
7.按照權(quán)利要求6所述的鋰離子電池負(fù)極材料的制造方法，其特征是采用乙醇190份、呋喃樹(shù)脂50份、石墨150份；干燥溫度70℃，時(shí)間4小時(shí)；送入氬氣的壓力為1.2×105Pa；在加熱第一階段，溫度350～500℃，保持時(shí)間40～55分鐘；然后在加熱第二階段，將溫度升高到溫度1400℃，保持時(shí)間2～4小時(shí)；使經(jīng)過(guò)加熱的乙醇、呋喃樹(shù)脂和石墨的混合物溫度降至200℃；使混合物通過(guò)300目篩網(wǎng)。
8.按照權(quán)利要求6所述的鋰離子電池負(fù)極材料的制造方法，其特征是采用乙醇120份、呋喃樹(shù)脂25份、石墨115份；干燥溫度90℃，時(shí)間3.5～4.5小時(shí)；送入氬氣的壓力為1.3×105Pa；在加熱第一階段溫度410℃～600℃，保持時(shí)間35～50分鐘；然后，在加熱第二階段將溫度升高到溫度1360℃，保持時(shí)間1.5～3小時(shí)；使經(jīng)過(guò)加熱的乙醇、呋喃樹(shù)脂和石墨的混合物溫度降至低于150℃；使混合物通過(guò)250目篩網(wǎng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋰離子電池負(fù)極材料及其制造方法，將乙醇5～300份和呋喃類(lèi)樹(shù)脂0.1～100份混和均勻；在上述乙醇和呋喃類(lèi)樹(shù)脂的混合物中加入石墨10～200份，攪拌均勻；在加熱條件下進(jìn)行干燥，干燥溫度35～110℃，時(shí)間0.3～5小時(shí)；將經(jīng)過(guò)干燥的乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物粉碎；在加熱設(shè)備中對(duì)乙醇、呋喃類(lèi)樹(shù)脂和石墨的混合物加熱，溫度控制在250～1500℃，同時(shí)送入氬氣，氬氣的壓力為1.1×10
文檔編號(hào)C01B31/00GK1435904SQ0210044
公開(kāi)日2003年8月13日 申請(qǐng)日期2002年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月30日
發(fā)明者楊書(shū)廷, 朱善福, 崔成偉 申請(qǐng)人:河南環(huán)宇實(shí)業(yè)投資有限公司