專利名稱：一種使用多相結(jié)構(gòu)石墨為負(fù)極材料的鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種使用多相結(jié)構(gòu)石墨為負(fù)極材料的鋰離子電池。
背景技術(shù)：
鋰離子電池被廣泛地應(yīng)用在電動(dòng)汽車、電動(dòng)工具及儲(chǔ)能等領(lǐng)域，隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷革新，人們對鋰離子電池的功率性能、容量性能及循環(huán)性能的要求越來越高。因而， 研究人員開發(fā)了一系列新型的非碳基負(fù)極材料，如硅、錫及金屬氧化物；雖然這些新材料的容量較高，但是同時(shí)也帶來了體積膨脹較大的問題，隨著多次充放電循環(huán)的進(jìn)行，最終將導(dǎo)致材料的粉末化，失去使用價(jià)值。目前，碳材料依然是鋰離子電池負(fù)極材料的首選，而且在將來相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)仍然占據(jù)負(fù)極材料的市場。然而為了滿足目前對鋰離子電池性能的需求，常規(guī)石墨材料同時(shí)也得需要進(jìn)一步優(yōu)化，而石墨優(yōu)化過程中，會(huì)導(dǎo)致石墨材料顆粒表面的結(jié)晶度較大，缺陷點(diǎn)少，再加上顆粒普遍為球形，接觸面積較小，從而造成石墨材料顆粒之間接觸電阻較大，影響了大電流充放電時(shí)性能的發(fā)揮，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生較多的熱量，降低了電池的功率性能并帶來安全隱患，嚴(yán)重影響了常規(guī)石墨材料在動(dòng)力電池中的使用。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供了一種使用多相結(jié)構(gòu)石墨作為負(fù)極材料的鋰離子電池。包括電池殼、電極板、電解液和隔膜，所述電極板包括負(fù)極電極板和正極電極板；其特征在于，所述負(fù)極電極板由多相結(jié)構(gòu)石墨材料壓制在銅箔集流體上制成，所述正極電極板由含鋰正極活性物質(zhì)壓制在鋁箔集流體上制成。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種多相結(jié)構(gòu)石墨負(fù)極材料；包括常規(guī)石墨和薄層石墨機(jī)械混合，所述薄層石墨為厚度為2nm 200nm的膨脹石墨。其中，所述常規(guī)石墨薄層石墨優(yōu)選質(zhì)量比為1 0. 01 1。所述常規(guī)石墨為天然石墨、人造石墨、復(fù)合石墨、石墨化中間相碳微球中的一種或幾種組合物。所述多相結(jié)構(gòu)石墨負(fù)極材料的制備方法，包括如下制備步驟先將膨脹石墨通過強(qiáng)力超聲，得到厚度為2nm 200nm的薄層石墨；再將薄層石墨與常規(guī)石墨用機(jī)械混合后，加入薄層石墨與常規(guī)石墨總重量1 5%的葡萄糖，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以3 20°C /min的升溫速度升溫至600 1000°C恒溫l_5h，將薄層石墨與常規(guī)石墨交聯(lián)，得到所述多相結(jié)構(gòu)石墨負(fù)極材料。其中，所述機(jī)械混合為球磨、攪拌或超聲分散中的一種或幾種方式的配合使用。使用所述多相結(jié)構(gòu)石墨負(fù)極材料的鋰離子電池，包括電池殼、電極板、電解液和隔膜，所述電極板包括負(fù)極電極板和正極電極板；所述負(fù)極電極板由多相結(jié)構(gòu)石墨負(fù)極材料壓制在銅箔集流體上制成，所述正極電極板由含鋰正極活性物質(zhì)壓制在鋁箔集流體上制成。其中，所述的含鋰正極活性物質(zhì)為磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷酸鋰或鎳鈷錳酸鋰中的一種或幾種組合物。所述的電解液為六氟磷酸鋰電解液或聚合物電解質(zhì)。所述的電池殼為鋼殼、鋁殼、鋁塑膜或用于常規(guī)鋰離子電池的其它殼體。所述的隔膜為常規(guī)鋰離子電池使用的隔膜。本發(fā)明多相結(jié)構(gòu)石墨負(fù)極材料由強(qiáng)力超聲膨脹石墨得到的薄層石墨和常規(guī)石墨材料機(jī)械混合而成，一方面利用薄層石墨獨(dú)特的平面二維結(jié)構(gòu)和良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能在石墨顆粒之間形成導(dǎo)電、導(dǎo)熱網(wǎng)絡(luò)減小石墨顆粒的接觸阻抗，避免了石墨材料顆粒之間接觸電阻較大的弊端，不會(huì)影響大電流充放電時(shí)性能的發(fā)揮；另一方面，利用薄層石墨較高的儲(chǔ)鋰能力提高負(fù)極的容量。該多相結(jié)構(gòu)石墨負(fù)極材料不僅制備過程簡單、成本低廉、易于操作，而且集兩種材料的優(yōu)勢于一身，二者性能相互提升，得到的材料電化學(xué)性能良好。尤其是運(yùn)用于鋰離子電池領(lǐng)域時(shí)，比容量大、功率及循環(huán)性能好。使用多相結(jié)構(gòu)石墨材料共同作為負(fù)極的鋰離子電池；其負(fù)極中石墨顆粒被薄層石墨組成的三維網(wǎng)絡(luò)包覆，由于薄層石墨良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，提高了石墨顆粒之間的電子傳導(dǎo)性和導(dǎo)熱性能，使得石墨材料的功率性能和循環(huán)性能得以更好地發(fā)揮；同時(shí)，由于石墨顆粒的存在，薄層石墨之間的團(tuán)聚作用受到阻礙，所以導(dǎo)電導(dǎo)熱性能能夠得以最大程度的發(fā)揮，并且在負(fù)極電位下利用其巨大的比表面積吸附鋰離子，使得負(fù)極材料的容量性能得以提升。本發(fā)明所提供的使用多相結(jié)構(gòu)石墨作為負(fù)極材料的鋰離子電池，包括電池殼、電極板、電解液和隔膜；電極板包括負(fù)極電極板和正極電極板，所述負(fù)極電極板由多相結(jié)構(gòu)石墨材料組成的負(fù)極活性物質(zhì)壓制在銅箔集流體上制成；由于同時(shí)具有導(dǎo)電導(dǎo)熱功能和高容量儲(chǔ)鋰功能的薄層石墨網(wǎng)絡(luò)的成功運(yùn)用，本發(fā)明具有優(yōu)異的倍率性能，IC充放電時(shí)仍然具有320mAh/g 380mAh/g的容量，遠(yuǎn)高于目前常規(guī)石墨材料的性能。本發(fā)明提供的使用多相結(jié)構(gòu)石墨作為負(fù)極材料的鋰離子電池是鋰離子電池發(fā)展過程中的一大突破。通過在石墨顆粒周圍構(gòu)筑同時(shí)具有導(dǎo)電、導(dǎo)熱并且可以高容量儲(chǔ)鋰的三維薄層網(wǎng)絡(luò)，提高了鋰離子電池的功率性能、循環(huán)性能和安全性能。本發(fā)明提供的使用多相結(jié)構(gòu)石墨材料作為負(fù)極的鋰離子電池充分利用了各種碳材料的優(yōu)點(diǎn)，是非常有應(yīng)用前景的新型鋰離子電池。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1一種使用多相結(jié)構(gòu)石墨為負(fù)極材料的鋰離子電池；先將薄層石墨和人造石墨，按照m(wg石s) m(Aifi5il) = 0. 05 1的關(guān)系，稱取薄層石墨5. 0g、人造石墨100. 0g，置于球磨機(jī)中球磨池后取出，加入2g葡萄糖，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以5°C /min的升溫速度升溫至700°C恒溫池，冷卻后，得到完全分散的多相結(jié)構(gòu)石墨負(fù)極材料；將多相結(jié)構(gòu)石墨負(fù)極材料壓制在集流體上制成負(fù)極板。
再將鈷酸鋰作為活性材料，經(jīng)過正負(fù)極活性材料的混料、涂布，極片輥壓、分切、疊片或卷繞，封裝、注液，化成、除氣、分容、擱置等工序，制得正極板。最后將電池殼、正負(fù)電極板、電解液和隔膜進(jìn)行組裝，得到使用多相結(jié)構(gòu)石墨材料作為負(fù)極的鋰離子電池。組裝完畢后將多相結(jié)構(gòu)石墨材料作為負(fù)極的鋰離子電池放置一天進(jìn)行充放電試驗(yàn)，經(jīng)檢測，IC放電時(shí)負(fù)極材料容量為328. 3mAh/g。實(shí)施例2一種使用多相結(jié)構(gòu)石墨為負(fù)極材料的鋰離子電池；先將薄層石墨和天然石墨，按照m(觀碰)m(碰化中_碳微球)=0. 1 1的關(guān)系，稱取薄層石墨5. 0g、石墨化中間相碳微球50. 0g，置于球磨機(jī)中。球磨6h后取出，加入2g葡萄糖，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以10°C/min的升溫速度升溫至1000°C恒溫lh，冷卻后，得到完全分散的多相結(jié)構(gòu)石墨負(fù)極材料；將多相結(jié)構(gòu)石墨負(fù)極材料壓制在集流體上制成負(fù)極板。再將磷酸鐵鋰作為活性材料，經(jīng)過正負(fù)極活性材料的混料、涂布，極片輥壓、分切、 疊片或卷繞，封裝、注液，化成、除氣、分容、擱置等工序，制得正極板。最后將電池殼、正負(fù)電極板、電解液和隔膜進(jìn)行組裝，得到使用多相結(jié)構(gòu)石墨材料作為負(fù)極的鋰離子電池。組裝完畢后將多相結(jié)構(gòu)石墨材料作為負(fù)極的鋰離子電池放置一天進(jìn)行充放電試驗(yàn)，經(jīng)檢測，IC放電時(shí)負(fù)極材料容量為352. 9mAh/g。實(shí)施例3一種使用多相結(jié)構(gòu)石墨為負(fù)極材料的鋰離子電池；先將中間相碳微球和薄層石墨材料，按照Hiiwg5s) m(天然石s)=0.5 1的關(guān)系， 稱取天然石墨100. 0g、薄層石墨材料50. Og,置于球磨機(jī)中。球磨IOh后取出，加入5g葡萄糖，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以；TC/min的升溫速度升溫至600°C恒溫證，冷卻后，得到完全分散的多相結(jié)構(gòu)石墨負(fù)極材料；將多相結(jié)構(gòu)石墨負(fù)極材料壓制在集流體上制成負(fù)極板。再將尖晶石錳酸鋰作為活性材料，經(jīng)過正負(fù)極活性材料的混料、涂布，極片輥壓、 分切、疊片或卷繞，封裝、注液，化成、除氣、分容、擱置等工序，制得正極板。最后將電池殼、正負(fù)電極板、電解液和隔膜進(jìn)行組裝，得到使用多相結(jié)構(gòu)石墨材料作為負(fù)極的鋰離子電池。組裝完畢后將多相結(jié)構(gòu)石墨材料作為負(fù)極的鋰離子電池放置一天進(jìn)行充放電試驗(yàn)，經(jīng)檢測，IC放電時(shí)負(fù)極材料容量為342. 3mAh/g。對比實(shí)施例1取人造石墨材料作為負(fù)極，正極使用尖晶石錳酸鋰作為活性材料，經(jīng)過正負(fù)極活性材料的混料、涂布，極片輥壓、分切、疊片或卷繞，封裝、注液，化成、除氣、分容、擱置等工序，得到使用人造石墨材料作為負(fù)極的鋰離子電池。放置一天后進(jìn)行充放電試驗(yàn)，經(jīng)檢測， IC放電時(shí)負(fù)極材料容量為觀3. 8mAh/g。對比實(shí)施例2取天然石墨材料作為負(fù)極，正極使用磷酸鐵鋰作為活性材料，經(jīng)過正負(fù)極活性材料的混料、涂布，極片輥壓、分切、疊片或卷繞，封裝、注液，化成、除氣、分容、擱置等工序，得到使用天然石墨材料作為負(fù)極的鋰離子電池。放置一天后進(jìn)行充放電試驗(yàn)，經(jīng)檢測，IC放電時(shí)負(fù)極材料容量為四5. ImAh/g。對比實(shí)施例3取中間相碳微球材料作為負(fù)極，正極使用鈷酸鋰作為活性材料，經(jīng)過正負(fù)極活性材料的混料、涂布，極片輥壓、分切、疊片或卷繞，封裝、注液，化成、除氣、分容、擱置等工序， 得到使用中間相碳微球材料作為負(fù)極的鋰離子電池。放置一天后進(jìn)行充放電試驗(yàn)，經(jīng)檢測， IC放電時(shí)負(fù)極材料容量為觀7. ImAh/g。上述實(shí)施例，只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限制本發(fā)明實(shí)施范圍，故凡以本發(fā)明權(quán)利要求所述的特征及原理所做的等效變化或修飾，均應(yīng)包括在本發(fā)明權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種使用多相結(jié)構(gòu)石墨作為負(fù)極材料的鋰離子電池，包括電池殼、電極板、電解液和隔膜，所述電極板包括負(fù)極電極板和正極電極板；其特征在于，所述負(fù)極電極板由多相結(jié)構(gòu)石墨組成的負(fù)極材料壓制在銅箔集流體上制成，所述正極電極板由含鋰正極活性物質(zhì)壓制在鋁箔集流體上制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用多相結(jié)構(gòu)石墨作為負(fù)極材料的鋰離子電池，其特征在于，所述多相結(jié)構(gòu)石墨材料由薄層石墨及常規(guī)石墨材料混合而成，并通過機(jī)械混合的方法， 將薄層石墨與常規(guī)石墨材料均勻混合后，加入薄層石墨與常規(guī)石墨總重量1 5%的葡萄糖，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以3 20°C /min的升溫速度升溫至600 1000°C恒溫l_5h，將薄層石墨與常規(guī)石墨交聯(lián)；薄層石墨與常規(guī)石墨材料的質(zhì)量比優(yōu)選0.01 1 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使用多相結(jié)構(gòu)石墨作為負(fù)極材料的鋰離子電池，其特征在于，所述薄層石墨由膨脹石墨通過強(qiáng)力超聲得到，由多層碳原子組成，厚度為2nm 200nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的使用多相結(jié)構(gòu)石墨作為負(fù)極材料的鋰離子電池，其特征在于，所述常規(guī)石墨材料為天然石墨、人造石墨、復(fù)合石墨、石墨化中間相碳微球中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用多相結(jié)構(gòu)石墨為負(fù)極材料的鋰離子電池，其特征在于， 所述的含鋰正極活性物質(zhì)為磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷酸鋰或鎳鈷錳酸鋰中的一種或幾種組合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用多相結(jié)構(gòu)石墨為負(fù)極材料的鋰離子電池，其特征在于， 所述的電解液為六氟磷酸鋰電解液或聚合物電解質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的使用多相結(jié)構(gòu)石墨為負(fù)極材料的鋰離子電池，其特征在于， 所述的電池殼為鋼殼、鋁殼、鋁塑膜或其它常規(guī)鋰離子電池殼體。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋰離子電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種使用多相結(jié)構(gòu)石墨為負(fù)極材料的鋰離子電池；本發(fā)明用薄層石墨和常規(guī)石墨材料混合后并通過二次熱處理得到的多相結(jié)構(gòu)石墨作為鋰離子電池的負(fù)極材料，該負(fù)極材料不僅制備過程簡單、易于操作，而且集兩種材料的優(yōu)勢于一身，二者性能相互提升，得到的材料電化學(xué)性能良好；尤其是運(yùn)用于鋰離子電池領(lǐng)域時(shí)，比容量大、功率及循環(huán)性能好。
文檔編號H01M4/133GK102263287SQ20111016454
公開日2011年11月30日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者劉 東, 張新河, 李中延, 楊全紅, 羅永莉, 蘇方遠(yuǎn), 陳學(xué)成, 馬莉, 魏偉 申請人:東莞市邁科新能源有限公司, 東莞市邁科科技有限公司