本發(fā)明涉及鋰離子電池制備技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著各種便攜式電子設(shè)備及電動(dòng)汽車(chē)的廣泛應(yīng)用和快速發(fā)展，人們對(duì)各類(lèi)電產(chǎn)品電源的需求和性能要求也越來(lái)越高，鋰離子二次電池以其高功率特性等優(yōu)越的綜合性能在近十年來(lái)成功并廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電子終端設(shè)備領(lǐng)域。

目前鋰離子電池的負(fù)極材料采用石墨，而為了提高電池容量，或是改善電池的低溫性能，都在對(duì)石墨負(fù)極材料的改性研究做著各種研究或嘗試，如采用包覆石墨法、石墨擴(kuò)層等，雖然這些工藝能有某些方面提高負(fù)極材料性能，但總的來(lái)說(shuō)，由于其工藝流程復(fù)雜、難控制、需使用包括催化劑在內(nèi)的各類(lèi)物質(zhì)，成本很高，無(wú)法適應(yīng)生產(chǎn)，從而不能完全轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)。

電池的安全穩(wěn)定性主要是由于鋰離子電池的熱失控造成電池短路引起電池著火、爆炸造成的。目前提高電池的安全性主要是通過(guò)以下幾個(gè)方面：優(yōu)化電解液配方，采用陶瓷隔膜、提供安全性的鋰離子正負(fù)極材料；但這些方法對(duì)提高電池的安全性能有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種耐高溫、絕緣性能好的高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料，按照重量份的原料包括：瀝青2-10份、硅粉5-30份、石墨60-80份、偏鋁酸鋰10-20份、瀝青2-10份、LA132粘結(jié)劑1-2份、CMC粘結(jié)劑0.5-1份、導(dǎo)電劑0.1-0.2份。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料，按照重量份的原料包括：硅粉10-25份、石墨65-75份、偏鋁酸鋰12-18份、瀝青4-8份、LA132粘結(jié)劑1.2-1.8份、CMC粘結(jié)劑0.6-0.8份、導(dǎo)電劑0.12-0.18份。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料，按照重量份的原料包括：硅粉20份、石墨70份、偏鋁酸鋰15份、瀝青6份、LA132 粘結(jié)劑1.5份、CMC粘結(jié)劑0.7份、導(dǎo)電劑0.15份。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述硅粉的粒度為50-500nm。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述石墨的粒度為7-22um。

所述高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)按照重量份稱(chēng)取各原料；

(2)將硅粉和石墨進(jìn)行機(jī)械球磨2-8h后混合，機(jī)械球磨混合的轉(zhuǎn)速為1000-4000rpm，并在真空條件下進(jìn)行干燥10-15h，烘干溫度為50-180℃；

(3)將瀝青溶解于溶劑中，溶解溫度為40-190℃，攪拌頻率為10-40Hz，攪拌時(shí)間為4-8h；

(4)將步驟(2)得到的硅粉與石墨的混合物冷卻后加入到步驟(3)的溶液中進(jìn)行包覆，包覆溫度為40-190℃，攪拌頻率為10-40Hz，包覆時(shí)間為4-8h；

(5)抽濾除去溶劑并真空干燥5-18h，然后在惰性氣體的保護(hù)下，以1-5℃/min的升溫速度升溫到420-650℃，恒溫3-8h，然后以2.5-4℃/min的升溫速度升溫到950-1150℃，恒溫5-8h，最后自然冷卻至常溫得到負(fù)極極片；

(6)將偏鋁酸鋰、LA132粘結(jié)劑、CMC粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑進(jìn)行混合，與二次蒸餾水配置成濃度為1-30％的偏鋁酸鋰漿料；

(7)將上述漿料采用超聲噴涂法在步驟(5)得到的負(fù)極極片表面涂覆，其涂覆厚度為1-10μm；

(8)將上述表面涂覆后的負(fù)極極片在溫度為50-70℃條件下，烘烤0.5-2h，干燥得到成品。

作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述溶劑是甲苯、喹啉、四氯化碳、石油醚、溶劑汽油、甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮和乙酸乙酯中的一種或兩種以上。

作為本發(fā)明再進(jìn)一步的方案：所述惰性氣體是氮?dú)?、氬氣、氦氣、氖氣和氙氣中的一種或兩種以上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明采用的納米硅具有比表面積大、離子擴(kuò)散路徑短、蠕動(dòng)性強(qiáng)以及塑性高等特點(diǎn)，能夠一定程度上抑制合金類(lèi)材料的體積效應(yīng)，并且提高其電化學(xué)性能采用對(duì)進(jìn)行機(jī)械球磨混合這種對(duì)石墨表面的改進(jìn)工藝，不僅可以大幅提高材料的首次庫(kù)倫效率，延長(zhǎng)電極的循環(huán)壽命，還能夠縮短鋰離子在石墨層中的擴(kuò)散路徑， 改善電極材料的高倍率性能；提高了鋰離子電池的傳導(dǎo)速率，降低了鋰離子電池析鋰產(chǎn)生的枝晶刺破隔膜的機(jī)率，降低電池短路機(jī)率，提高電池的安全性能。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對(duì)本專(zhuān)利的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)地說(shuō)明。

實(shí)施例1

一種高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料，按照重量份的原料包括：瀝青2份、粒度為50nm的硅粉5份、粒度為7um的石墨60份、偏鋁酸鋰10份、瀝青2份、LA132粘結(jié)劑1份、CMC粘結(jié)劑0.5份、導(dǎo)電劑0.1份。

所述高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)按照重量份稱(chēng)取各原料；

(2)將硅粉和石墨進(jìn)行機(jī)械球磨2h后混合，機(jī)械球磨混合的轉(zhuǎn)速為1000rpm，并在真空條件下進(jìn)行干燥10h，烘干溫度為50℃；

(3)將瀝青溶解于甲苯中，溶解溫度為40℃，攪拌頻率為10Hz，攪拌時(shí)間為4h；

(4)將步驟(2)得到的硅粉與石墨的混合物冷卻后加入到步驟(3)的溶液中進(jìn)行包覆，包覆溫度為40℃，攪拌頻率為10Hz，包覆時(shí)間為4h；

(5)抽濾除去甲苯并真空干燥5h，然后在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，以1℃/min的升溫速度升溫到420℃，恒溫3h，然后以2.5℃/min的升溫速度升溫到950℃，恒溫5h，最后自然冷卻至常溫得到負(fù)極極片；

(6)將偏鋁酸鋰、LA132粘結(jié)劑、CMC粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑進(jìn)行混合，與二次蒸餾水配置成濃度為2％的偏鋁酸鋰漿料；

(7)將上述漿料采用超聲噴涂法在步驟(5)得到的負(fù)極極片表面涂覆，其涂覆厚度為1μm；

(8)將上述表面涂覆后的負(fù)極極片在溫度為50℃條件下，烘烤0.5h，干燥得到成品。

實(shí)施例2

一種高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料，按照重量份的原料包括：粒度為10nm的硅粉10份、粒度為10um的石墨65份、偏鋁酸鋰12份、瀝青4份、LA132粘結(jié)劑1.2份、CMC粘結(jié)劑0.6份、導(dǎo)電劑0.12份。

所述高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)按照重量份稱(chēng)取各原料；

(2)將硅粉和石墨進(jìn)行機(jī)械球磨3h后混合，機(jī)械球磨混合的轉(zhuǎn)速為1500rpm，并在真空條件下進(jìn)行干燥11h，烘干溫度為80℃；

(3)將瀝青溶解于喹啉中，溶解溫度為100℃，攪拌頻率為18Hz，攪拌時(shí)間為5h；

(4)將步驟(2)得到的硅粉與石墨的混合物冷卻后加入到步驟(3)的溶液中進(jìn)行包覆，包覆溫度為100℃，攪拌頻率為18Hz，包覆時(shí)間為5h；

(5)抽濾除去喹啉并真空干燥8h，然后在氬氣的保護(hù)下，以2℃/min的升溫速度升溫到450℃，恒溫4h，然后以3℃/min的升溫速度升溫到1000℃，恒溫5.5h，最后自然冷卻至常溫得到負(fù)極極片；

(6)將偏鋁酸鋰、LA132粘結(jié)劑、CMC粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑進(jìn)行混合，與二次蒸餾水配置成濃度為10％的偏鋁酸鋰漿料；

(7)將上述漿料采用超聲噴涂法在步驟(5)得到的負(fù)極極片表面涂覆，其涂覆厚度為3μm；

(8)將上述表面涂覆后的負(fù)極極片在溫度為55℃條件下，烘烤0.8h，干燥得到成品。

實(shí)施例3

一種高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料，按照重量份的原料包括：粒度為280nm的硅粉20份、粒度為15m的石墨70份、偏鋁酸鋰15份、瀝青6份、LA132粘結(jié)劑1.5份、CMC粘結(jié)劑0.7份、導(dǎo)電劑0.15份。

所述高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)按照重量份稱(chēng)取各原料；

(2)將硅粉和石墨進(jìn)行機(jī)械球磨5h后混合，機(jī)械球磨混合的轉(zhuǎn)速為2000rpm，并在真空條件下進(jìn)行干燥13h，烘干溫度為120℃；

(3)將瀝青溶解于四氯化碳中，溶解溫度為100℃，攪拌頻率為25Hz，攪拌時(shí)間為6h；

(4)將步驟(2)得到的硅粉與石墨的混合物冷卻后加入到步驟(3)的溶液中進(jìn)行包覆，包覆溫度為100℃，攪拌頻率為25Hz，包覆時(shí)間為6h；

(5)抽濾除去四氯化碳并真空干燥12h，然后在氦氣的保護(hù)下，以3℃/min的升溫速度升溫到550℃，恒溫6h，然后以3.2℃/min的升溫速度升溫到1050℃，恒溫7h，最后自然冷卻至常溫得到負(fù)極極片；

(6)將偏鋁酸鋰、LA132粘結(jié)劑、CMC粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑進(jìn)行混合，與二次蒸餾水配置成濃度為15％的偏鋁酸鋰漿料；

(7)將上述漿料采用超聲噴涂法在步驟(5)得到的負(fù)極極片表面涂覆，其涂覆厚度為5μm；

(8)將上述表面涂覆后的負(fù)極極片在溫度為60℃條件下，烘烤1.5h，干燥得到成品。

實(shí)施例4

一種高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料，按照重量份的原料包括：粒度為450nm的硅粉25份、粒度為20um的石墨75份、偏鋁酸鋰18份、瀝青8份、LA132粘結(jié)劑1.8份、CMC粘結(jié)劑0.8份、導(dǎo)電劑0.18份。

所述高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)按照重量份稱(chēng)取各原料；

(2)將硅粉和石墨進(jìn)行機(jī)械球磨7h后混合，機(jī)械球磨混合的轉(zhuǎn)速為3500rpm，并在真空條件下進(jìn)行干燥14h，烘干溫度為150℃；

(3)將瀝青溶解于石油醚中，溶解溫度為150℃，攪拌頻率為30Hz，攪拌時(shí)間為7h；

(4)將步驟(2)得到的硅粉與石墨的混合物冷卻后加入到步驟(3)的溶液中進(jìn)行包覆，包覆溫度為150℃，攪拌頻率為30Hz，包覆時(shí)間為7h；

(5)抽濾除去石油醚并真空干燥15h，然后在氖氣的保護(hù)下，以4.5℃/min的升溫速度升溫到600℃，恒溫7h，然后以4.5℃/min的升溫速度升溫到1100℃，恒溫7h，最后自然冷卻至常溫得到負(fù)極極片；

(6)將偏鋁酸鋰、LA132粘結(jié)劑、CMC粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑進(jìn)行混合，與二次蒸餾水配置成濃度為25％的偏鋁酸鋰漿料；

(7)將上述漿料采用超聲噴涂法在步驟(5)得到的負(fù)極極片表面涂覆，其涂覆厚度為8μm；

(8)將上述表面涂覆后的負(fù)極極片在溫度為65℃條件下，烘烤1.8h，干燥 得到成品。

實(shí)施例5

一種高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料，按照重量份的原料包括：粒度為500nm的瀝青10份、粒度為22um的硅粉30份、石墨80份、偏鋁酸鋰20份、瀝青10份、LA132粘結(jié)劑2份、CMC粘結(jié)劑1份、導(dǎo)電劑0.2份。

所述高安全性能的鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，具體步驟如下：

(1)按照重量份稱(chēng)取各原料；

(2)將硅粉和石墨進(jìn)行機(jī)械球磨8h后混合，機(jī)械球磨混合的轉(zhuǎn)速為4000rpm，并在真空條件下進(jìn)行干燥15h，烘干溫度為180℃；

(3)將瀝青溶解于甲醇中，溶解溫度為190℃，攪拌頻率為40Hz，攪拌時(shí)間為8h；

(4)將步驟(2)得到的硅粉與石墨的混合物冷卻后加入到步驟(3)的溶液中進(jìn)行包覆，包覆溫度為190℃，攪拌頻率為40Hz，包覆時(shí)間為8h；

(5)抽濾除去甲醇并真空干燥18h，然后在氙氣的保護(hù)下，以5℃/min的升溫速度升溫到650℃，恒溫8h，然后以4℃/min的升溫速度升溫到1150℃，恒溫8h，最后自然冷卻至常溫得到負(fù)極極片；

(6)將偏鋁酸鋰、LA132粘結(jié)劑、CMC粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑進(jìn)行混合，與二次蒸餾水配置成濃度為30％的偏鋁酸鋰漿料；

(7)將上述漿料采用超聲噴涂法在步驟(5)得到的負(fù)極極片表面涂覆，其涂覆厚度為10μm；

(8)將上述表面涂覆后的負(fù)極極片在溫度為70℃條件下，烘烤2h，干燥得到成品。

本發(fā)明采用的納米硅具有比表面積大、離子擴(kuò)散路徑短、蠕動(dòng)性強(qiáng)以及塑性高等特點(diǎn)，能夠一定程度上抑制合金類(lèi)材料的體積效應(yīng)，并且提高其電化學(xué)性能采用對(duì)進(jìn)行機(jī)械球磨混合這種對(duì)石墨表面的改進(jìn)工藝，不僅可以大幅提高材料的首次庫(kù)倫效率，延長(zhǎng)電極的循環(huán)壽命，還能夠縮短鋰離子在石墨層中的擴(kuò)散路徑，改善電極材料的高倍率性能；提高了鋰離子電池的傳導(dǎo)速率，降低了鋰離子電池析鋰產(chǎn)生的枝晶刺破隔膜的機(jī)率，降低電池短路機(jī)率，提高電池的安全性能。

上面對(duì)本專(zhuān)利的較佳實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本專(zhuān)利并不限于上述實(shí)施 方式，在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本專(zhuān)利宗旨的前提下作出各種變化。