一種鋰離子電池及其負(fù)極復(fù)合材料和制備方法
【專利說明】-種裡離子電池及其負(fù)極復(fù)合材料和制備方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于裡電池電極技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種裡離子電池及其負(fù)極復(fù)合材料和 制備方法。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 裡離子電池 W其比能量大、工作電壓高、自放電率小、體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì)早已 占據(jù)3C領(lǐng)域大部分市場(chǎng)。目前商業(yè)化的裡離子電池負(fù)極材料主要為石墨，但理論容量?jī)H為 372mAh . g-1，已逐漸不能滿足市場(chǎng)對(duì)高能量密度的需求。與傳統(tǒng)石墨負(fù)極相比，娃具有超 高的理論比容量(4200mAh/g)和較低的嵌脫裡電位(<0.5V)，且娃的電壓平臺(tái)略高于石墨， 在充電時(shí)難W引起表面析裡，安全性能更好。但是，娃作為裡離子電池負(fù)極材料時(shí)缺點(diǎn)也非 常明顯。首先，娃是半導(dǎo)體材料，自身的電導(dǎo)率較低;其次，在電化學(xué)循環(huán)過程中，裡離子的 嵌入和脫出會(huì)使娃基材料體積發(fā)生300% W上的膨脹與收縮，由此產(chǎn)生的機(jī)械作用力會(huì)使 娃基材料逐漸粉化，造成結(jié)構(gòu)巧塌，最終導(dǎo)致電極活性物質(zhì)與集流體脫離，喪失電接觸，進(jìn) 而使得裡離子電池的循環(huán)性能大大降低。目前主要通過將娃顆粒納米化然后進(jìn)行碳包覆的 方法來提高娃基負(fù)極材料的循環(huán)性能，然而，制備出的娃碳復(fù)合負(fù)極材料循環(huán)性能仍然不 能達(dá)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的要求。
[0003] 娃和氧化娃的混合物由于氧化娃可W緩和娃充放電時(shí)體積變化所產(chǎn)生的應(yīng)力，所 W與娃相比，循環(huán)性能更加優(yōu)異。然而，由于娃和氧化娃的混合物缺乏導(dǎo)電性，對(duì)于電池而 言，在高電流密度下放電容量顯著降低。因此，需要設(shè)計(jì)出一種新型的復(fù)合材料，使其同時(shí) 滿足高循環(huán)性能和高倍率性能，才能使得娃基復(fù)合負(fù)極材料的應(yīng)用取得大的突破。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種比容量 高、庫倫效率高、循環(huán)性能好、倍率性能佳的裡離子電池及其負(fù)極復(fù)合材料和制備方法。
[0005] 本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0006] -種裡離子電池負(fù)極復(fù)合材料，包括氧化娃負(fù)載的石墨締、納米娃、無定形碳，W 及石墨，納米娃、氧化娃負(fù)載的石墨締、石墨和無定形碳的質(zhì)量比為1: (0.1~2): (5~50): (0.5 ~5)。
[0007] 進(jìn)一步地，納米娃尺寸為10~200nm。
[000引進(jìn)一步地，氧化娃負(fù)載的石墨締由正娃酸乙醋水解后原位負(fù)載到氧化石墨締上獲 得。
[0009] 進(jìn)一步地，無定型碳主要是有機(jī)碳源經(jīng)過高溫?zé)峤夂蟮玫健?br>[0010] -種裡離子電池負(fù)極復(fù)合材料的制備方法，包括W下步驟：
[0011] 1)將納米娃、氧化娃負(fù)載的石墨締分散在溶劑中，經(jīng)過超聲、攬拌，待混合均勻后 除去溶劑，然后在氮?dú)夂?或氣氣環(huán)境下W2~10°C/min的升溫速度升到600°C~1000°C后 保持0.5~24h，得到納米娃/氧化娃負(fù)載的石墨締復(fù)合物；
[0012] 2)將步驟1)得到的復(fù)合物與石墨，有機(jī)碳源分散在溶劑中，再次經(jīng)過超聲、攬拌， 待混合均勻后除去溶劑，然后在氮?dú)夂?或氣氣環(huán)境下W2~10°C/min的升溫速度升到600 °C~1000°C后保持0.5~2地，得到氧化娃/石墨締基娃碳復(fù)合材料。
[001 ；3 ] 進(jìn)一步地，溶劑包括水、乙醇、甲醇、乙二醇、N-甲基化咯燒酬、NN-二甲基甲酯胺中 的一種或多種。
[0014] 進(jìn)一步地，除去溶劑的方式為加熱攬拌蒸干、噴霧干燥、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)中的一種。
[0015] 進(jìn)一步地，步驟2中的有機(jī)碳源包括酪醒樹脂、密胺樹脂、環(huán)氧樹脂、過氯乙締、漸 青中的一種或多種，復(fù)合物與石墨，有機(jī)碳源的重量比為1: (5~150) :(0.55~15)。
[0016] -種裡離子電池，包括正極和負(fù)極，負(fù)極包括負(fù)極復(fù)合材料。
[0017] 進(jìn)一步地，復(fù)合材料與粘結(jié)劑、導(dǎo)電劑、分散劑調(diào)成漿料、涂敷在銅錐上，并經(jīng)真空 干燥，漉壓，制備成負(fù)極片;正極采用金屬裡片，分散劑為體積比為1:3的水和乙醇。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有W下有益效果:本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單易行，生 產(chǎn)出的復(fù)合材料作為裡離子電池負(fù)極使用時(shí)具有高的比容量和庫倫效率;生產(chǎn)出的復(fù)合材 料作為裡離子電池負(fù)極使用時(shí)具有良好的循環(huán)表現(xiàn)和倍率性能。 【【具體實(shí)施方式】】
[0019] 本發(fā)明提供了一種裡離子電池負(fù)極復(fù)合材料主要由納米娃、氧化娃負(fù)載的石墨 締、石墨和無定型碳組成。其中，納米娃尺寸為10~200皿，納米娃、氧化娃負(fù)載的石墨締、石 墨和無定形碳的質(zhì)量比為1: (0.1~2): (5~50): (0.5~5)。氧化娃負(fù)載的石墨締由正娃酸 乙醋水解后原位負(fù)載到氧化石墨締上獲得，無定型碳主要是有機(jī)碳源經(jīng)過高溫?zé)峤夂蟮?到。
[0020] 氧化娃負(fù)載的石墨締的加入對(duì)電極活性材料有兩方面的有益作用。首先，納米娃 與氧化娃負(fù)載的石墨締在高溫下形成的復(fù)合物一納米娃/氧化娃負(fù)載的石墨締復(fù)合物能有 效的緩解納米娃充放電過程中材料的體積膨脹問題，從而增加材料的循環(huán)性能。其次，石墨 締優(yōu)異的導(dǎo)電性能增加了裡離子電池負(fù)極復(fù)合材料的導(dǎo)電性，減小了材料的極化現(xiàn)象，并 且降低了電池的內(nèi)阻，使得裡離子電池具有良好的倍率性能。
[0021] 本發(fā)明提供了一種裡離子電池負(fù)極復(fù)合材料的制備方法，包括W下步驟：
[0022] 1)將納米娃、氧化娃負(fù)載的石墨締分散在第一溶劑中，經(jīng)過超聲、攬拌，待混合均 勻后除去溶劑，然后在氮?dú)饣驓鈿猸h(huán)境下W2~10°C/min的升溫速度升到600°C~1000°C后 保持0.5~24h，得到納米娃/氧化娃負(fù)載的石墨締復(fù)合物；
[0023] 2)將步驟1)得到的復(fù)合物與石墨、有機(jī)碳源分散在第二溶劑中，再次經(jīng)過超聲、攬 拌，待混合均勻后除去溶劑，然后在氮?dú)饣驓鈿猸h(huán)境下W2~10°C/min的升溫速度升到600 °C~1000°C后保持0.5~2地，得到氧化娃/石墨締基娃碳復(fù)合材料。
[0024] 其中，第一溶劑和第二溶劑分別包括水、乙醇、甲醇、乙二醇、N-甲基化咯燒酬、順-二甲基甲酯胺中的一種或多種。除去溶劑的方式為加熱攬拌蒸干、噴霧干燥、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)中的 一種。
[0025] 步驟2中的有機(jī)碳源包括酪醒樹脂、密胺樹脂、環(huán)氧樹脂、過氯乙締、漸青中的一種 或多種，復(fù)合物與石墨，有機(jī)碳源的重量比為1: (5~150): (0.55~15)。
[0026] 為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，W下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的裡離子電容器負(fù)極復(fù)合 材料及其制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述，但不能將他們理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。
[0027] 實(shí)施例1
[0028] 1)將1重量份納米娃、0.1重量份氧化娃負(fù)載的氧化石墨締分散在水中，超聲 30min、攬拌，待混合均勻后80°C下加熱攬拌將水蒸干，然后在氮?dú)庀?，W2°C/min的升溫速 度升到600°C后保溫24h，得到納米娃/氧化娃負(fù)載的石墨締復(fù)合物；
[0029] 2)將1重量份步驟1)得到的復(fù)合物與11重量份石墨，15重量份酪醒樹脂分散在乙 醇中，超聲30min、攬拌，待混合均勻后80°C下加熱攬拌將乙醇蒸干，然后在氮?dú)庀?，W2°C/ min的升溫速度升到600°C后保溫2地，得到所需的氧化娃/石墨締基娃碳負(fù)極復(fù)合材料。
[0030] 實(shí)施例2
[0031] 1)將1重量份納米娃、2重量份氧化娃負(fù)載的氧化石墨締分散在水中，超聲30min、 攬拌，待混合均勻后80°C下加熱攬拌將水蒸干，然后在氮?dú)庀?，WlO°C/min的升溫速度升到 1000°C后保溫2地，得到納米娃/氧化娃負(fù)載的石墨締復(fù)合物；
[0032] 2)將1重量份步驟1)得到的復(fù)合物與150重量份石墨，0.55重量份密胺樹脂分散在 乙醇中，超聲30min、攬拌，待混合均勻后80°C下加熱攬拌將乙醇蒸干，然后