專利名稱：一種用于便攜式游戲機(jī)的鋰離子電池的負(fù)極材料制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及便攜式游戲機(jī)的電源領(lǐng)域，尤其涉及一種用于便攜式游戲機(jī)的鋰離子電池的負(fù)極材料制備方法。
背景技術(shù)：
電子游戲機(jī)作為一種大眾化的數(shù)碼電子產(chǎn)品，日益朝著小型化和便攜化發(fā)展，比較典型的有PSP游戲機(jī)，于此同時(shí)人們對(duì)便攜式游戲機(jī)的電池續(xù)航時(shí)間的要求卻越來越高,對(duì)于電池的充電速率和使用壽命的要求也越來越高。鋰離子電池作為一種新型的二次電池，具有比容量高、電壓高、安全性好的特點(diǎn)，成為便攜式游戲機(jī)的電池首選。便攜式游戲機(jī)在選用電池時(shí)主要需要考慮容量、電池循環(huán)穩(wěn)定性能(決定電池的使用壽命)、環(huán)境適應(yīng)性能以及充電速率等。鋰離子電池負(fù)極材料是決定鋰離子電池綜合性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素之一，目前關(guān)于負(fù)極材料的研究主要包括碳材料、氧化物負(fù)極材料、金屬及合金類負(fù)極材料等。而已經(jīng)大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的負(fù)極材料主要是石墨。石墨負(fù)極材料分為天然石墨和人造石墨。人造石墨的循環(huán)性能和倍率性能有優(yōu)勢(shì)，但其容量不高、且制造成本居高不下，這極大程度上限制了其大規(guī)模應(yīng)用。隨著儲(chǔ)能和動(dòng)力領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，鋰離子電池迫切需要一款既保持天然石墨低成本優(yōu)勢(shì)，又具有人造石墨長(zhǎng)壽命和高倍率性能的負(fù)極材料。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種用于便攜式游戲機(jī)的鋰離子電池的負(fù)極材料制備方法，使便攜式游戲機(jī)使用時(shí)電池續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，使用壽命提高，安全性強(qiáng)并且充電速率更快。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種用于便攜式游戲機(jī)的鋰離子電池的負(fù)極材料制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟:
(1)加工天然石墨
將天然石墨料經(jīng)過粉碎機(jī)粉碎到合格參數(shù)的原材料加入硼酸鉀，加入添加劑的重量為原材料的3-4%，混合機(jī)中混合4-6個(gè)小時(shí)，將混合物料置于石墨化爐中進(jìn)行純化石墨化處理，在3100-3300°C持續(xù)通入氯氣氣體，將石墨中的金屬雜質(zhì)去除，冷卻后放入球磨機(jī)中，以400-500轉(zhuǎn)/分鐘的速度，球磨4-6小時(shí)，過100目篩，即可得到加工后的石墨材料；
(2)配置反應(yīng)溶液
將硝酸鉛溶解于甲苯，得到的濃度為10-25wt%硝酸鉛溶液，將有環(huán)氧樹脂溶解于乙二醇，得到濃度為15-20wt%的環(huán)氧樹脂溶液，將氨水溶解于乙醇中，得到濃度為10-15Wt%溶液氨水溶液；
(3)反應(yīng)得到凝膠/石墨體系
硝酸鉛溶液和環(huán)氧樹脂溶液按照體積比1:2-3混合均勻得到混合溶液，將上述加工后的石墨材料末加入混合溶液中強(qiáng)烈攪拌均勻得到固液混合物漿料，其中石墨材料與混合溶液的質(zhì)量體積比為lg: (2-3) ml,在攪拌的條件下加熱混合物衆(zhòng)料至85-95°C,并向該混合物漿料內(nèi)滴加氨水溶液，在滴加的過程中，溶液混合料變成溶膠混合料，整個(gè)體系的粘度不斷增大，氨水溶液滴加至整個(gè)體系變成凝膠狀為止，得到凝膠/石墨混合體系；
(4)制備鉛/石墨復(fù)合材料
將該凝膠/石墨混合體系轉(zhuǎn)入真空干燥箱內(nèi)，在溫度200-22(TC條件下進(jìn)行干燥，等溶劑完全排除后，再在該溫度下保溫3-5小時(shí)，然后將溫度升至260-300°C并保溫2-3小時(shí)，最后自然降溫至常溫，得到干燥物料，將所得的干燥物料置于碳化爐中，在惰性氣體保護(hù)下加熱碳化，之后自然降溫冷卻，得到鉛/石墨復(fù)合材料；
(5)配制負(fù)極復(fù)合材料
按如下物質(zhì)重量份配比負(fù)極的原材料:
上述鉛/石墨復(fù)合材料 90-100 木素2-5
聚二氟乙烯3-5
導(dǎo)電炭黑3-5
將上述鉛/石墨復(fù)合材料和木素通過攪拌5-7小時(shí)而分散至珠磨溶液中，然后在其中加入導(dǎo)電炭黑和聚二氟乙烯，加入適量去離子水球磨4-6小時(shí)，得到負(fù)極漿料，作為負(fù)極復(fù)合材料備用。優(yōu)選的，步驟(I)中的粉碎后石墨的參數(shù)為:粒度5μπι以下，比表面積為100-200m2/g。優(yōu)選的，在步驟(4)中所述的碳化條件為:碳化溫度1500-2000°C，碳化時(shí)間為1_2小時(shí)。本發(fā)明的效果在于:
將特定工藝制備的石墨材料，經(jīng)過濕法反應(yīng)及凝膠工藝，與金屬鉛復(fù)合成結(jié)合均勻、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的的鉛/石墨體系，在保持了石墨循環(huán)性能和高倍率特性的同時(shí)，大大改善了材料的能量密度。使用該材料制備的鋰離子電池用于便攜式游戲機(jī)時(shí)，可以滿足用戶的電池長(zhǎng)續(xù)航能力、快速充電、安全使用以及延長(zhǎng)游戲機(jī)(特別是電池和機(jī)身一體的游戲機(jī))使用壽命的需求。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1
將天然石墨料經(jīng)過粉碎機(jī)粉碎到粒度5 μ m以下，比表面積為100-200m2/g，然后加入硼酸鉀，加入添加劑的重量為原材料的3%，混合機(jī)中混合4個(gè)小時(shí)，將混合物料置于石墨化爐中進(jìn)行純化石墨化處理，在3100°C持續(xù)通入氯氣氣體，將石墨中的金屬雜質(zhì)去除，冷卻后放入球磨機(jī)中，以400轉(zhuǎn)/分鐘的速度，球磨6小時(shí)，過100目篩，即可得到加工后的石墨材料。
將硝酸鉛溶解于甲苯，得到的濃度為10wt%硝酸鉛溶液，將有環(huán)氧樹脂溶解于乙二醇，得到濃度為15wt%的環(huán)氧樹脂溶液，將氨水溶解于乙醇中，得到濃度為10wt%溶液氨水溶液。硝酸鉛溶液和環(huán)氧樹脂溶液按照體積比1:2混合均勻得到混合溶液，將上述加工后的石墨材料末加入混合溶液中強(qiáng)烈攪拌均勻得到固液混合物漿料，其中石墨材料與混合溶液的質(zhì)量體積比為lg:2ml，在攪拌的條件下加熱混合物漿料至85°C，并向該混合物漿料內(nèi)滴加氨水溶液，在滴加的過程中，溶液混合料變成溶膠混合料，整個(gè)體系的粘度不斷增大，氨水溶液滴加至整個(gè)體系變成凝膠狀為止，得到凝膠/石墨混合體系。將該凝膠/石墨混合體系轉(zhuǎn)入真空干燥箱內(nèi)，在溫度200°C條件下進(jìn)行干燥，等溶劑完全排除后，再在該溫度下保溫5小時(shí)，然后將溫度升至260°C并保溫3小時(shí)，最后自然降溫至常溫，得到干燥物料，將所得的干燥物料置于碳化爐中，在惰性氣體保護(hù)下加熱碳化，碳化溫度1500°C，碳化時(shí)間為I小時(shí)，之后自然降溫冷卻，得到鉛/石墨復(fù)合材料。按如下物質(zhì)重量份配比負(fù)極的原材料:
上述鉛/石墨復(fù)合材料 90
木素2
聚二氟乙烯3
導(dǎo)電炭黑3
將上述鉛/石墨復(fù)合材料和木素通過攪拌5小時(shí)而分散至珠磨溶液中，然后在其中加入導(dǎo)電炭黑和聚二氟乙烯，加入適量去離子水球磨4小時(shí)，得到負(fù)極漿料，作為負(fù)極復(fù)合材料備用。實(shí)施例2
將天然石墨料經(jīng)過粉碎機(jī)粉碎到粒度5 μ m以下，比表面積為100-200m2/g，然后加入硼酸鉀，加入添加劑的重量為原材料的4%，混合機(jī)中混合6個(gè)小時(shí)，將混合物料置于石墨化爐中進(jìn)行純化石墨化處理，在3300°C持續(xù)通入氯氣氣體，將石墨中的金屬雜質(zhì)去除，冷卻后放入球磨機(jī)中，以500轉(zhuǎn)/分鐘的速度，球磨4小時(shí)，過100目篩，即可得到加工后的石墨材料。將硝酸鉛溶解于甲苯，得到的濃度為25wt%硝酸鉛溶液，將有環(huán)氧樹脂溶解于乙二醇，得到濃度為20wt%的環(huán)氧樹脂溶液，將氨水溶解于乙醇中，得到濃度為15wt%溶液氨水溶液。硝酸鉛溶液和環(huán)氧樹脂溶液按照體積比1:3混合均勻得到混合溶液，將上述加工后的石墨材料末加入混合溶液中強(qiáng)烈攪拌均勻得到固液混合物漿料，其中石墨材料與混合溶液的質(zhì)量體積比為lg:3ml，在攪拌的條件下加熱混合物漿料至95°C，并向該混合物漿料內(nèi)滴加氨水溶液，在滴加的過程中，溶液混合料變成溶膠混合料，整個(gè)體系的粘度不斷增大，氨水溶液滴加至整個(gè)體系變成凝膠狀為止，得到凝膠/石墨混合體系。將該凝膠/石墨混合體系轉(zhuǎn)入真空干燥箱內(nèi)，在溫度220°C條件下進(jìn)行干燥，等溶劑完全排除后，再在該溫度下保溫3小時(shí)，然后將溫度升至300°C并保溫2小時(shí)，最后自然降溫至常溫，得到干燥物料，將所得的干燥物料置于碳化爐中，在惰性氣體保護(hù)下加熱碳化，碳化溫度200(TC，碳化時(shí)間為I小時(shí)，之后自然降溫冷卻，得到鉛/石墨復(fù)合材料。按如下物質(zhì)重量份配比負(fù)極的原材料:
上述鉛/石墨復(fù)合材料 100木素5
聚二氟乙烯5
導(dǎo)電炭黑5
將上述鉛/石墨復(fù)合材料和木素通過攪拌5-7小時(shí)而分散至珠磨溶液中，然后在其中加入導(dǎo)電炭黑和聚二氟乙烯，加入適量去離子水球磨6小時(shí)，得到負(fù)極漿料，作為負(fù)極復(fù)合材料備用。比較例
將天然石墨粉碎后，和羧甲基纖維素、聚二氟乙烯、碳納米管以重量比70:10:5制備成負(fù)極漿料備用。將實(shí)施例一、二及比較例所得產(chǎn)物，再用超聲波分散30min后，將漿料均勻涂在沖壓好的泡沫鎳片上，制得涂有漿料的泡沫鎳片，接著用IOMPa的壓力將其壓成薄薄的片，再將薄圓片于120°C下真空干燥12小時(shí)，制得鋰離子電池負(fù)極。組裝成PSP通配電池。然后將制備的電池測(cè)試其電化學(xué)性能:經(jīng)測(cè)試該實(shí)施例一和二的的材料與比較例的材料相比，首次放電比容量提升了 50-60%以上，循環(huán)壽命提高了 2倍以上，充電速率提高了 2倍以上。
權(quán)利要求
1.一種用于便攜式游戲機(jī)的鋰離子電池的負(fù)極材料制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: (1)加工天然石墨 將天然石墨料經(jīng)過粉碎機(jī)粉碎到合格參數(shù)的原材料加入硼酸鉀，加入添加劑的重量為原材料的3-4%，混合機(jī)中混合4-6個(gè)小時(shí)，將混合物料置于石墨化爐中進(jìn)行純化石墨化處理，在3100-3300°C持續(xù)通入氯氣氣體，將石墨中的金屬雜質(zhì)去除，冷卻后放入球磨機(jī)中，以400-500轉(zhuǎn)/分鐘的速度，球磨4-6小時(shí)，過100目篩，即可得到加工后的石墨材料； (2)配置反應(yīng)溶液 將硝酸鉛溶解于甲苯，得到的濃度為10-25wt%硝酸鉛溶液，將有環(huán)氧樹脂溶解于乙二醇，得到濃度為15-20wt%的環(huán)氧樹脂溶液，將氨水溶解于乙醇中，得到濃度為10-15Wt%溶液氨水溶液； (3)反應(yīng)得到凝膠/石墨體系 硝酸鉛溶液和環(huán)氧樹脂溶液按照體積比1:2-3混合均勻得到混合溶液，將上述加工后的石墨材料末加入混合溶液中強(qiáng)烈攪拌均勻得到固液混合物漿料，其中石墨材料與混合溶液的質(zhì)量體積比為lg: (2-3) ml,在攪拌的條件下加熱混合物衆(zhòng)料至85-95°C,并向該混合物漿料內(nèi)滴加氨水溶液，在滴加的過程中，溶液混合料變成溶膠混合料，整個(gè)體系的粘度不斷增大，氨水溶液滴加至整個(gè)體系變成凝膠狀為止，得到凝膠/石墨混合體系； (4)制備鉛/石墨復(fù)合材料 將該凝膠/石墨混合體系轉(zhuǎn)入真空干燥箱內(nèi)，在溫度200-22(TC條件下進(jìn)行干燥，等溶劑完全排除后，再在該溫度下保溫3-5小時(shí)，然后將溫度升至260-300°C并保溫2-3小時(shí)，最后自然降溫至常溫，得到干燥物料，將所得的干燥物料置于碳化爐中，在惰性氣體保護(hù)下加熱碳化，之后自然降溫冷卻，得到鉛/石墨復(fù)合材料； (5)配制負(fù)極復(fù)合材料 按如下物質(zhì)重量份配比負(fù)極的原材料: 上述鉛/石墨復(fù)合材料 90-100 木素2-5 聚二氟乙烯3-5 導(dǎo)電炭黑3-5 將上述鉛/石墨復(fù)合材料和木素通過攪拌5-7小時(shí)而分散至珠磨溶液中，然后在其中加入導(dǎo)電炭黑和聚二氟乙烯，加入適量去離子水球磨4-6小時(shí)，得到負(fù)極漿料，作為負(fù)極復(fù)合材料備用。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(I)中的粉碎后石墨的參數(shù)為:粒度5 μ m以下，比表面積為100-200m2/g。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟(4)中所述的碳化條件為:碳化溫度1500-2000°C，碳化時(shí)間為1-2小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于便攜式游戲機(jī)的鋰離子電池的負(fù)極材料制備方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)加工天然石墨；(2)制備凝膠/石墨混合體系；(3)將該凝膠/石墨混合體系碳化得到鉛/石墨復(fù)合材料；(4)將上述鉛/石墨復(fù)合材料、木素、聚二氟乙烯、配制負(fù)極復(fù)合材料、導(dǎo)電炭黑按量配比并制備成負(fù)極復(fù)合材料。本發(fā)明將特定工藝制備的石墨材料，經(jīng)過濕法反應(yīng)及凝膠工藝，與金屬鉛復(fù)合成結(jié)合均勻、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的鉛/石墨體系，在保持了石墨循環(huán)性能和高倍率特性的同時(shí)，大大改善了材料的能量密度。使用該材料制備的鋰離子電池用于便攜式游戲機(jī)時(shí)，可以滿足用戶的電池長(zhǎng)續(xù)航能力、快速充電、安全使用以及延長(zhǎng)游戲機(jī)使用壽命的需求。
文檔編號(hào)H01M4/583GK103199255SQ201310118810
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者嚴(yán)紅飛 申請(qǐng)人:嚴(yán)紅飛