一种锂电池高电压改性负极材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及裡电池负极材料领域，具体设及一种可快速充电的高电压裡离子电池 负极材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 裡离子电池具有比容量高、自放电小、工作温度范围宽、电压平台高、循环寿命长、 无记忆效应、对环境友好等特点，已广泛应用于移动电话、笔记本电脑、电动工具等领域，并 逐步在电动汽车领域进行推广。目前，我国北京、天津、深圳、上海等重要城市已建成为混合 动力汽车W及纯电动汽车充电的充电站。但是，按照目前裡电池的充电方式，电动汽车一次 充电经常需要7-8小时；而消费类电子产品如手机、笔记本电脑电池W及电动自行车等充 电一般在0. 5C，充电50 %就需要1个小时左右，快速充电性能较差。随着生活节奏的加快， 人们更希望裡离子电池具有很好的快速充电能力，W缩短电池充电时间。
[0003] 近年来，有研究通过在正极片上设置若干规则的小孔从而达到快速充电的目的， 但是该方法实际运用比较耗费材料与时间；有研究用亚微米级铁酸裡、裡金属氧化物包覆 石墨、复合型裡金属氧化物包覆石墨、石墨包覆铁酸裡等材料作为负极来达到快速充电效 果的，但是却存在铁酸裡能量密度低，裡金属氧化物导电性低等问题，而铁酸裡的倍率性能 差，制成的电巧容易产气，高温性能差。且目前有关快速充电的研究，电巧的充电截止电压 仅为4. 2V，能量密度低。因此迫切需要一种可快速充电的高电压裡离子电池负极材料。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种裡电池高电压改性负极材料的制备方法，采用本发明 所制得的裡电池可快速充放电且充电截止电压提升至4. 35V，极大的提高了电池的能量密 度。
[0005] 本发明的特征在于可快速充电的高电压裡离子电池负极材料由石墨W及包裹在 石墨表面的包覆层构成，所述包覆层由铁酸裡W及导电剂组成，形成W石墨为内核，石墨表 面均匀包覆一层铁酸裡，在铁酸裡表面再包覆一层导电剂的=层复合结构的负极材料。所 述的导电剂可W是碳纳米管、气相生长碳纤维中的一种或两种的组合，所述负极材料中铁 酸裡占总重量的1~10% ;导电剂占总重量的1~5%。
[0006] 本发明所述铁酸裡具有尖晶石结构，在充电循环过程中晶胞体积变化小且裡离子 扩散系数大，可实现快速充电，且安全性能好，但是导电性能差；碳纳米管的层间距略大于 球形石墨的层间距，而且碳纳米管的筒状结构在多次充-放电循环后不会塌陷，循环性能 好，同时碳纳米管具有较大的长径比和良好的轴向一维导电能力，被认为是理想的导电材 料；气相生长碳纤维（VGC巧具有大的长径比和比表面积和有利于裡离子嵌入和脱出的介 孔结构，既可W提高电极的导电性，同时还可W提高活性材料与集流体之间的粘结力。
[0007] 本发明将W石墨为内核，石墨表面均匀包覆一层铁酸裡，在铁酸裡表面再包覆一 层导电剂的=层复合结构材料作为电池负极材料，一方面铁酸裡包覆于石墨表面，负极材 料的裡离子扩散系数增大，使得电池在大倍率充放电过程中裡离子可快速的嵌入/脱出； 由于铁酸裡的晶胞体积变化小，使得电池的厚度膨胀减小；同时铁酸裡包覆于石墨颗粒表 面能明显提升电池的安全性能。另一方面，碳纳米管或VGCF包覆层中，碳纳米管的层间距 略大于球形石墨的层间距，而且碳纳米管的筒状结构在多次充-放电循环后不会塌陷；气 相生长碳纤维（VGC巧具有大的长径比和比表面积有利于裡离子嵌入和脱出的介孔结构， 两者均有利于裡离子在负极材料表面的快速嵌入/脱出，电池的循环性能也得到极大改 善。碳纳米管/VGCF的导电能力强，使得制成的电巧直流内阻更小，同时电巧的倍率和高低 温性能均有明显提升；而碳纳米管/VGCF良好的导热能力极大的改善了电池的安全性能。 [000引一种裡电池高电压改性负极材料的制备方法，其制备步骤如下： 1) 将纳米级铁酸裡材料与石墨进行揽拌使其充分混合，揽拌混合时间3~5小时，使 得铁酸裡材料均匀包裹在石墨表面；所述铁酸裡材料占石墨和铁酸裡材料总重量的1~ 10% ； 2) 将混合均匀的包覆着铁酸裡材料的石墨在1500~1800°C热处理0. 5~2小时，使 铁酸裡材料烙融包裹在石墨颗粒表面，从而形成稳定的铁酸裡包覆层； 3) 将导电剂与经过铁酸裡包覆的石墨材料，通过球磨8~24小时，得到石墨/铁酸裡 /导电剂S层负极材料；其中导电剂占负极材料总重量的1~5%。
[0009] 采用本发明所制得的裡电池可快速充放电且充电截止电压提升至4. 35V，且能量 密度高，W 5C的电流充电，lOmin可充电至电池容量的85%，W 10C的电流放电，可放出电 池容量的98. 15% W上，循环1000周后容量保持率96.8% W上，具有很好的快速充放电性 能。本发明制作工艺简单，成本低，易于工业化生产。
【具体实施方式】
[0010] 为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明 白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
[0011] 实施例1 将铁酸裡材料占石墨和铁酸裡材料总重量的5%称取，和石墨进行揽拌使其充分混合， 揽拌混合时间3小时，使得铁酸裡材料均匀包裹在石墨表面；然后在1500°C热处理1小时， 使铁酸裡材料烙融包裹在石墨颗粒表面，从而形成稳定的铁酸裡包覆层；最后按负极材料 总重量的2%的比例加入碳纳米管，与经过铁酸裡包覆的石墨材料，通过球磨8小时，得到 石墨/铁酸裡/导电剂S层负极材料。
[001引实施例2 将铁酸裡材料占石墨和铁酸裡材料总重量的1 %称取，和石墨进行揽拌使其充分混合， 揽拌混合时间5小时，使得铁酸裡材料均匀包裹在石墨表面；然后在1800°C热处理1小时， 使铁酸裡材料烙融包裹在石墨颗粒表面，从而形成稳定的铁酸裡包覆层；最后按负极材料 总重量的1 %的比例加入气相生长碳纤维，与经过铁酸裡包覆的石墨材料，通过球磨24小 时，得到石墨/铁酸裡/导电剂S层负极材料。