一種鋰離子電池負極材料及其制備方法
【專利摘要】一種鋰離子電池負極材料，由經(jīng)過物理和化學方法處理的天然石墨和加熱處理過的凹凸棒土制備而成，質(zhì)量比為0-0.4∶1；一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟，步驟一，對天然石墨進行物理和化學處理：將天然石墨通過高能球磨機分散2-10小時，然后加入30%-50%硫酸溶液中，在10-50℃下處理8-22小時，過濾、稀釋至中性，烘干制備成為有納米孔的石墨粉體；步驟二，將凹凸棒土在鼓風干燥箱中100℃-500℃加熱處理10-15小時；步驟三，將步驟一物理和化學處理的天然石墨和步驟二經(jīng)過加熱處理的凹凸棒土攪拌10-15小時，混合均勻，制得鋰離子電池負極材料。
【專利說明】一種鋰離子電池負極材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種負極材料及其制備方法，尤其涉及一種鋰離子電池負極材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池與傳統(tǒng)的二次電池相比具有高容量、高輸出電壓、高能量密度、無記憶效應和無環(huán)境污染等優(yōu)點。可以作為移動電話、筆記本電腦、照相機、計算機等電子產(chǎn)品的電源。
[0003]為進一步提高鋰離子電池的性能，人們對碳負極材料進行了深入的研究。傳統(tǒng)的鋰離子電池負極材料有石墨、乙炔黑、微孔碳、石油焦、裂解聚合物和碳納米管等。將天然石墨和各類碳材料經(jīng)物理和化學方法處理后，作為鋰離子電池的負極材料，與集流體的粘結(jié)性能差，在循環(huán)充放電過程中碳負極材料較易從集流體表面脫落，導致鋰離子電池電化學性能較差和使用壽命短。[J.Electrochem.Soc., 144 (4) 1195 (1997) J.Electrochem.Soc., 146(11)3963(1999)Journal of Power Sources 68 187(1997) Journal of PowerSources 68 291 (1997)]，尤其是降低了大電流充放電時的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種能夠提高鋰離子電池碳負極材料在涂布過程中與集流體之間的粘結(jié)性能，提高鋰離子電池的容量和循環(huán)使用壽命的一種鋰離子電池負極材料及其制備方法。
[0005]本發(fā)明的另一個目的是提供一種鋰離子電池負極材料的制備方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種鋰離子電池負極材料，其特征是:由經(jīng)過物理和化學方法處理的天然石墨和加熱處理過的凹凸棒土制備而成，經(jīng)過物理和化學方法處理的天然石墨和加熱處理過的凹凸棒土的質(zhì)量比為0-0.4:1;
此材料中，經(jīng)過物理和化學方法處理的天然石墨和加熱處理過的凹凸棒土的質(zhì)量比為0.33:1 ；
一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟，其特征在于:
步驟一，對天然石墨進行物理和化學處理:將天然石墨通過高能球磨機分散2-10小時，然后加入30%-50%硫酸溶液中，在10-50°C下處理8-22小時，過濾、稀釋至中性，烘干制備成為有納米孔的石墨粉體；
步驟二，將凹凸棒土在鼓風干燥箱中100°C -500°c加熱處理10-15小時；
步驟三，將步驟一物理和化學處理的天然石墨和步驟二經(jīng)過加熱處理的凹凸棒土攪拌10-15小時，混合均勻，制得鋰離子電池負極材料。
[0007]此方法中，
步驟一，將60g天然石墨通過高能球磨機分散2小時，然后加入到200g 30%硫酸溶液中，在20°C下處理20小時，過濾、稀釋至中性，烘干制備成為有納米孔的石墨粉體； 步驟二，將40g凹凸棒土在鼓風干燥箱中400°C加熱處理15小時；
步驟三，將步驟一物理和化學處理的天然石墨和步驟二經(jīng)過加熱處理的凹凸棒土攪拌10小時，混合均勻，制得鋰離子電池負極材料；
此方法中，
步驟一,首先將80g天然石墨通過高能球磨機分散4小時,然后加入到300g 30%硫酸溶液中，在50°C下處理10小時，過濾、稀釋至中性，烘干制備成為有納米孔的石墨粉體。
[0008]步驟二，將20g凹凸棒土在鼓風干燥箱中300°C加熱處理10小時；
步驟三，將步驟一物理和化學處理的天然石墨和步驟二經(jīng)過加熱處理的凹凸棒土攪拌15小時，混合均勻，制得鋰離子電池負極材料。
[0009]此方法中，
步驟一，將90g天然石墨通過高能球磨機分散4小時，然后加入到300g 30%硫酸溶液中，在50°C下處理10小時，過濾、稀釋至中性，烘干制備成為有納米孔的石墨粉體；
步驟二，將IOg凹凸棒土在鼓風干燥箱中200°C加熱處理12小時；
步驟三，將步驟一物理和化學處理的天然石墨和步驟二經(jīng)過加熱處理的凹凸棒土攪拌13小時，混合均勻，制得鋰離子電池負極材料。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點效果在于:由于使用了本發(fā)明的方法，所以生產(chǎn)的產(chǎn)品具有以下優(yōu)點(I)提高了碳負極材料和集流體的粘結(jié)性；(2)鋰離子電池的容量提高了 5%-10% ;(3)鋰離子電池的循環(huán)壽命提高了 10%-30%。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明:
實施例1
1、首先將60g天然石墨通過高能球磨機高速分散2小時，然后加入到200g 30%硫酸溶液中，在20°C下處理20小時，過濾、稀釋至中性，烘干制備成為有納米孔的石墨粉體；2、凹凸棒土的處理:將40g凹凸棒土在鼓風干燥箱中400°C加熱處理15小時；3、將上述經(jīng)過高溫處理的凹凸棒土和經(jīng)物理化學方法處理的天然石墨攪拌10小時，混合均勻，制得鋰離子電池負極材料。
[0012]實施例2
1、首先將80g天然石墨通過高能球磨機高速分散4小時，然后加入到300g 30%硫酸溶液中，在50°C下處理10小時，過濾、稀釋至中性，烘干制備成為有納米孔的石墨粉體；2、凹凸棒土的處理:將20g凹凸棒土在鼓風干燥箱中300°C加熱10小時；3、將上述經(jīng)過高溫處理的凹凸棒土和物理化學方法處理的天然石墨攪拌10小時，混合均勻，制得鋰離子電池負極材料。
[0013]實施例3
1、首先將90g天然石墨通過高能球磨機高速分散4小時，然后加入到300g 30%硫酸溶液中，在50°C下處理10小時，過濾、稀釋至中性，烘干制備成為有納米孔的石墨粉體；2、凹凸棒土的處理:將IOg凹凸棒土在鼓風干燥箱中200°C加熱處理12小時；3、將上述經(jīng)過高溫處理的凹凸棒土和物理化學方法處理的天然石墨攪拌13小時，混合均勻，制得鋰離子電池負極材料。[0014]比較例4
首先將IOOg天然石墨通過高能球磨機高速分散2小時，然后加入到300g 30%硫酸溶液中，在20°C下處理20小時，過濾、稀釋至中性，烘干制備成為有納米孔的石墨粉體，將其作為鋰離子電池的負極材料將上述各種方法制備的鋰離子電池負極材料與增稠劑(羧甲基纖維素鈉一CMC)、溶劑(去離子水)、膠黏劑(丁苯橡膠一SBR)和導電劑(導電炭黑一Super-P)等制成負極漿料；利用三元正極材料(Li (NiCoMn) 02)、溶劑(N-甲基吡咯烷酮一NMP)、粘結(jié)劑(聚偏氟乙烯一PVDF)和導電劑(導電炭黑一Super-P)等制備成正極漿料。通過鋰離子生產(chǎn)工藝分別制成鋰離子電池的負極片和正極片，以聚丙烯微孔膜為隔膜，以LiPF6為電解質(zhì)，以碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯為溶劑構(gòu)成的溶液為電解液組裝成為鋰離子電池。
[0015]將本發(fā)明制備的鋰離子電池負極材料與正極材料、隔膜和電解液組裝成鋰離子電池。
[0016]凹凸棒土具有獨特的分散、耐高溫、抗鹽堿等良好的膠體性質(zhì)和較高的吸附脫色能力。并具有一定的可塑性及粘結(jié)力，其理想的化學分子式為=Mg5Si8O2tl(OH)2(OH2)4.4Η20。具有介于鏈狀結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)之間的中間結(jié)構(gòu)。濕時具粘性和可塑性，干燥后收縮小，不大顯裂紋，懸浮液遇電介質(zhì)不絮凝沉淀。經(jīng)過高溫處理后，將其和經(jīng)過物理和化學方法處理的天然石墨攪拌均勻，凹凸棒土和具有納米孔的石墨材料質(zhì)量比為0-0.33:1。采用本發(fā)明的鋰離子電池負極材料可以提高鋰離子電池碳負極材料與集流體之間的粘結(jié)性能以及鋰離子電池的容量和循環(huán)充放電壽命。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子電池負極材料，其特征是:由經(jīng)過物理和化學方法處理的天然石墨和加熱處理過的凹凸棒土制備而成，經(jīng)過物理和化學方法處理的天然石墨和加熱處理過的凹凸棒土的質(zhì)量比為0-0.4:1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋰離子電池負極材料，其特征是:經(jīng)過物理和化學方法處理的天然石墨和加熱處理過的凹凸棒土的質(zhì)量比為0.33:1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟，其特征在于: 步驟一，對天然石墨進行物理和化學處理:將天然石墨通過高能球磨機分散2-10小時，然后加入30%-50%硫酸溶液中，在10-50°C下處理8-22小時，過濾、稀釋至中性，烘干制備成為有納米孔的石墨粉體； 步驟二，將凹凸棒土在鼓風干燥箱中100°C -500°c加熱處理10-15小時； 步驟三，將步驟一物理和化學處理的天然石墨和步驟二經(jīng)過加熱處理的凹凸棒土攪拌10-15小時，混合均勻，制得鋰離子電池負極材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟，其特征在于: 步驟一，將60g天然石墨通過高能球磨機分散2小時，然后加入到200g 30%硫酸溶液中，在20°C下處理20小時，過濾、稀釋至中性，烘干制備成為有納米孔的石墨粉體； 步驟二，將40g凹凸棒土在鼓風干燥箱中400°C加熱處理15小時； 步驟三，將步驟一物理和化學處理的天然石墨和步驟二經(jīng)過加熱處理的凹凸棒土攪拌10小時，混合均勻，制得鋰離子電池負極材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟，其特征在于: 步驟一,首先將80g天然石墨通過高能球磨機分散4小時,然后加入到300g 30%硫酸溶液中，在50°C下處理10小時，過濾、稀釋至中性，烘干制備成為有納米孔的石墨粉體；步驟二，將20g凹凸棒土在鼓風干燥箱中300°C加熱處理10小時； 步驟三，將步驟一物理和化學處理的天然石墨和步驟二經(jīng)過加熱處理的凹凸棒土攪拌15小時，混合均勻，制得鋰離子電池負極材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟，其特征在于: 步驟一，將90g天然石墨通過高能球磨機分散4小時，然后加入到300g 30%硫酸溶液中，在50°C下處理10小時，過濾、稀釋至中性，烘干制備成為有納米孔的石墨粉體； 步驟二，將IOg凹凸棒土在鼓風干燥箱中200°C加熱處理12小時； 步驟三，將步驟一物理和化學處理的天然石墨和步驟二經(jīng)過加熱處理的凹凸棒土攪拌13小時，混合均勻，制得鋰離子電池負極材料。
【文檔編號】H01M4/62GK103730631SQ201310696665
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】關(guān)成善, 宗繼月, 李濤, 單傳省, 賈傳龍 申請人:山東精工電子科技有限公司