專利名稱：一種復(fù)合的負極材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本技術(shù)與二次電池有關(guān)，特別應(yīng)用作為電動工具、智能型儲電設(shè)備、電動車電源的鋰離子電池。
背景技術(shù)：
離子電池是指其中的鋰離子(Li+)嵌入和脫嵌正負極材料的一種可充放電的電池，其正極一般采用嵌鋰化合物，如層狀晶體結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰(LiCoO2)、鎳酸鋰(LiNiO2)與尖晶石晶體結(jié)構(gòu)的錳酸鋰(LiMn2O4)15充電時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到負極，同時電子的補償電荷從外部電路供給到負極；放電時則相反，Li+從負極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入到正極材料。鋰離子電池的應(yīng)用隨時間進展，自消費性電子電源至電動工具、智能型儲電設(shè)備與電動車的動力電池，其需要能瞬間充放大電流，且需因應(yīng)大電流產(chǎn)生的熱，故需要更高的導(dǎo)電率與熱傳導(dǎo)效率。負極材料則一般采用碳材料，如乙炔黑、石墨、微珠碳、石油焦、碳纖維、裂解聚合物與裂解碳等。這就需要提供一種新的負極材料提高導(dǎo)電率和/或熱傳導(dǎo)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明藉由將微米級的小顆粒碳球與納米碳管復(fù)合，強化導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)以提高導(dǎo)電率。本發(fā)明為一種復(fù)合微米級碳球與納米碳管的應(yīng)用，以納米碳管填充于微米級碳球的間隙中，強化導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，增強離子導(dǎo)電性與并降低內(nèi)阻、延長使用壽命，特別在于能瞬間充放大電流，且因內(nèi)阻降低，不易因大電流產(chǎn)生熱。本發(fā)明的負極特別適用于可充放大電流的磷酸亞鐵鋰電池，因本發(fā)明的負極具有較高的導(dǎo)電性，可搭配能充放大電流的正極。一方面，本發(fā)明提供一種復(fù)合負極材料，該材料包括微米級的碳球顆粒和納米級碳材料。在一個優(yōu)選的方式中，顆粒碳球為球狀或/和鵝卵石狀碳顆粒。在另一優(yōu)選的方式中，微米級碳球的粒徑在1 -30微米(μ m)。優(yōu)選的，微米級碳球平均粒徑為6-14微米(μ m)；優(yōu)選的，微米級碳球的平均粒徑約為8-12微米(μπι)。優(yōu)選的，納米級碳材料的直徑在10-150納米(nm)。優(yōu)選的，納米級碳材料的長度在1-20微米(μ m)。優(yōu)選的，納米級碳材料的直徑在10-150納米(nm)；長度在1_20微米(μ m)。優(yōu)選的，納米級碳材料為管狀結(jié)構(gòu)，納米碳管的直徑在10-150納米(nm)和/或納米碳管的長度在1-20微米(μ m)。優(yōu)選的，納米級碳材料占微米級碳球的重量百分比在4%以下，較佳的為1-洲。優(yōu)選的，碳球為中間相碳微球(MCMB)。因分子結(jié)構(gòu)關(guān)系，容易嵌入、脫嵌鋰離子，且較不會損害負極粉體壽命。優(yōu)選的，納米級碳管為納米碳管(CNT)或氣相成長碳纖維(VGCF)。
另一方面，本發(fā)明提供一種包括本發(fā)明的負極材料作為負極和正極材料。正極材料為磷酸亞鐵鋰。優(yōu)選的，正極材料被碳包覆。磷酸亞鐵鋰可以為被碳包覆的納米級尺寸粉體。另一方面，本發(fā)明提供一種制備負極片的方法，包括提供本發(fā)明的負極材料，將負極材料與與黏著劑、稀釋劑均勻混合，其中負極材料包括微米級的碳球顆粒，和納米級的管狀或/和纖維狀碳材料。本發(fā)明可作為鋰離子電池的負極材料，極片制備方法包括本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可以理解的混漿步驟、涂布步驟、輥壓步驟及裁切步驟。


圖1本發(fā)明一個具體實施例子中的負極材料結(jié)構(gòu)示意圖。圖2本發(fā)明實施例一的負極材料SEM圖。有益效果
本發(fā)明的材料可以應(yīng)用在鋰離子二次電池的負極材料，可較一般負極材料具有高壽命、高安全性，并能瞬間放出大量電流，提高電池的充放電速度，特別適用于磷酸亞鐵鋰電池，以配合磷酸亞鐵鋰電池的安全性，并可提高充放電速度。
具體實施例方式為了進一步說明本發(fā)明，現(xiàn)在一具體實施方式
進行說明，這些具體說明并不是對本發(fā)明的權(quán)利要求進一步的限定。實施例1 本發(fā)明的負極材料的制作 1. 1負極材料
1. 1. 1中間相碳微球，平均粒徑為約為10 μ m左右。1. 1. 2納米碳管(CNT)，直徑約為Ilnm左右，長度約在I-IOym之間。1. 2制備方法
1.2. 1將重量百分比5%粘貼劑聚偏氟乙烯(PVDF)加入至重量百分比30%的N-吡硌烷酮甲基(NMP)中混合、分散均勻，再加入重量百分比90%的中間相碳微球、洲的納米碳管、 3%的導(dǎo)電石墨攪拌形成膠狀的負極漿料，其中中間相碳微球、納米碳管、導(dǎo)電石墨與聚偏氟乙烯的重量總合為100%。1. 2. 2將該負極漿料均勻地涂覆在銅箔的兩側(cè)，厚度約為70微米，并烘干、輥壓、 裁切制得尺寸為66X 143毫米的負極極片，重量約為2. 0克。實施例2 本發(fā)明的負極材料的制作
2.1負極材料
2. 1. 1中間相碳微球，平均粒徑為IOym左右。2. 1.2氣相成長碳纖維(VGCF)，直徑約為150nm左右，長度約在5-20 μ m之間。2. 2制備方法
2. 2. 1將重量百分比5%粘貼劑聚偏氟乙烯(PVDF)加入至重量百分比30%的N-吡硌烷酮甲基(NMP)中混合、分散均勻，再加入重量百分比90%的中間相碳微球、洲的納米碳管、 3%的導(dǎo)電石墨攪拌形成膠狀的負極漿料，其中中間相碳微球、納米碳管、導(dǎo)電石墨與聚偏氟乙烯的重量總合為100%。
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2. 2. 2將該負極漿料均勻地涂覆在銅箔的兩側(cè)，厚度約為70微米，并烘干、輥壓、 裁切制得尺寸為66X 143毫米的負極極片，重量約為2. 0克。實施例3 與本發(fā)明對比的負極材料制作
3.1將重量百分比5%粘貼劑聚偏氟乙烯(PVDF)加入至重量百分比30%的N-吡硌烷酮甲基(NMP)中混合、分散均勻，再加入重量百分比90%的天然石墨、5%的導(dǎo)電石墨攪拌形成膠狀的負極漿料，其中天然石墨、導(dǎo)電石墨與聚偏氟乙烯的重量總合為100%。3. 2將該負極漿料均勻地涂覆在銅箔的兩側(cè)，厚度約為70微米，并烘干、輥壓、裁切制得尺寸為66X 143毫米的負極極片，重量約為2. 0克。實施例4 本發(fā)明的實施例1、2與對比例1電池的制作
4.1正極的制備
4. 1. 1將重量百分比5%粘貼劑聚偏氟乙烯(PVDF)加入至重量百分比30%的N-吡硌烷酮甲基(NMP)中混合、分散均勻，再加入重量百分比90%的磷酸亞鐵鋰、5%的導(dǎo)電石墨攪拌形成膠狀的正極漿料，其中磷酸亞鐵鋰、導(dǎo)電石墨與聚偏氟乙烯的重量總合為100%。4. 1.2將該正極漿料均勻地涂抹在鋁箔的兩側(cè)，厚度約為100微米，并烘干、輥壓、裁切制得尺寸為65X 141毫米的正極極片，重量約為3. 0克。4.2電池裝配
4. 2. 1分別將上述正極、實施例1、2及對比例1的負極與聚丙烯膜迭片以93片正極極片、94片負極極片制成容量為25安時的2770170型號的方型鋰離子電池的極芯；
4.2. 2將LiF6按1摩爾/升的濃度溶解在EC/EMC/DEC=1 :1:1的混合溶劑中形成非水電解液；
4.2.3將該電解液以5.0 g/Ah的量注入電池鋁殼中密封，分別制成本發(fā)明實施例的鋰離子二次電池Al (實施例1)、A2 (實施例2)與對比例的鋰離子二次電池ACl (實施例3)。實施例5 對Al、A2與ACl電池性能測試
5.1容量測試
Al、A2及ACl電池分別放在測試柜上，先以0. 5C進行恒流恒壓充電，充電上限至 3. 70V，截止電流為0. 05C ；擱置10分鐘后，以0. 5C的電流從3. 70V放電至2. 0V，記錄電池的首次放電容量。結(jié)果如下表1。表1電池容量測試數(shù)據(jù)
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合負極材料，該材料包括微米級的碳球顆粒和納米級碳材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極材料，其中，所述的碳球顆粒為球狀或/和鵝卵石狀顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極材料，其中，微米級碳球顆粒的粒徑在1-30微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極材料，其中，微米級碳球平均粒徑為6-14微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極材料，其中，納米級碳材料的直徑在10-150納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的負極材料，其中，納米級碳材料的長度在1-20微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極材料，其中，納米級碳材料為管狀結(jié)構(gòu)，納米碳管的直徑在10-150納米。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的負極材料，其中，納米級碳管的長度在1-20微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極材料，其中，納米級碳材料占微米級碳球的重量百分比在4%以下。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極材料，其中，納米級碳材料占微米級碳球的重量百分比為U。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極材料，其中，微米級碳球包括中間相碳微球(MCMB)。
12.一種電池，包括權(quán)利要求1-11之一所述的負極材料和正極材料，其中正極材料為磷酸亞鐵鋰。
全文摘要
本發(fā)明涉一種復(fù)合負極材料，該材料包括微米級的碳球顆粒和納米級碳材料。優(yōu)選的方式中，所述的碳球顆粒為球狀或/和鵝卵石狀。本發(fā)明的負極材料具有高壽命、高安全性，并能瞬間放出大量電流，提高電池的充放電速度，特別適用于磷酸亞鐵鋰電池，以配合磷酸亞鐵鋰電池的安全性，并可提高充放電速度。
文檔編號H01M4/38GK102427126SQ20111039515
公開日2012年4月25日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月2日
發(fā)明者黃仁治 申請人:冠碩新能源(香港)有限公司, 蘇州冠碩新能源有限公司