本发明涉及电池技术领域,具体涉及一种超高容量锂电池阴极材料及制备工艺。
背景技术:
电子信息时代使对锂离子电池的需求快速增长。由于锂离子电池具有高电压、高容量的重要优点,且循环寿命长、安全性能好,使其在便携式电子设备、电动汽车、空间技术、国防工业等多方面具有广阔的应用前景,成为近几年广为关注的研究热点。负极材料是锂离子电池的核心和关键。但是现有负极材料在实际应用中还有一些难以克服的弱点,例如,首次放电过程中与电解液发生反应形成表面钝化膜,导致电解液的消耗和首次库伦效率较低;普通电极的电位与金属锂的电位很接近,当电池过充电时,电极表面易析出金属锂,从而可能会引起短路,进而导致电池爆炸。
技术实现要素:
本发明为解决上述问题,提供一种超高容量锂电池阴极材料及制备工艺。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现:
一种超高容量锂电池阴极材料,所述阴极材料由以下重量份的原料组成:
石墨18-20份,铂金粉0.5-0.8份,碳化硅0.3-0.7份,钛白粉0.3-0.6份,碳酸锂1.3-1.8份,锡粉1.2-1.5份,二氧化硅0.5-0.8份,氧化铁0.3-0.6份,二氧化钛0.6-1.0份。
所述石墨是天然鳞片墨、微晶石墨、人造石墨或中间相炭微球。
所述石墨颗粒平均粒径为25~30um。
一种超高容量锂电池阴极材料制备工艺,包括以下步骤:
(1)将上述原料混合均匀并加入到高速粉碎机内,在1500至1800rpm的转速下粉碎30至40分钟得到混合粉料;
(2)将混合粉料加入到低速冲击式球化粉碎机内,在800至1000rpm的转速下整形和球形化15至20分钟,得到球形混合粉料;
(3)利用氧化剂对球形混合粉料进行纯化处理;
(4)将纯化处理后的物料制成氧化石墨水溶液,超声处理后得到不同二维尺度的氧化石墨水溶液;
(5)将步骤(4)得到的不同二维尺度的氧化石墨水溶液按比例混合,超声分散均匀后得到具有分散尺度的复合氧化石墨水溶液,然后通过还原法得到具有分散尺度的石墨水溶液,再经干燥处理后得到具有分散尺度的复合石墨;
(6)将干燥后的复合石墨在浓度1.0M至1.2M的掺杂多价态过渡金属盐溶液中浸渍20至30小时,反应温度25至3,然后过滤、脱水烘干;
(7)将上述处理后的复合石墨与5~8%的有机物混合包覆形成包覆石墨;
(8)将包覆石墨进行碳化处理或石墨化处理,在保护气氛中加热500至550℃,保温4小时,然后降至室温。
所述步骤(3)中纯化处理采用的氧化剂是双氧水、过氧乙酸、二氧化氯、氯气、氢氧化钠、浓硫酸、硝酸、浓盐酸、高氯酸、其中任意两种或三种氧化剂的混合物。
所述步骤(6)中掺杂多价态过渡金属元素为Ag、Cu、Cr、Fe、Co、Ni、V、Mo或Sn,盐溶液采用硝酸盐,碳酸盐,硫酸盐、盐酸盐或含有掺杂元素的络盐溶液。
所述步骤(7)中的有机物混合包覆采用的包覆材料为水溶性的聚乙烯醇、丁苯橡胶乳SBR、羧甲基纤维素CMC、有机溶剂系的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈。
本发明的有益效果为:与其它商业化的阴极材料相比,本发明的阴极材料具有循环性能好、不与电解液反应、安全性能高、充放电平台平稳等优点。避免了在充放电时产生的体积效应,保证了材料的在充放电过程中的稳定性,解决了单一钛酸锂负极材料容量偏低等缺点。
具体实施方式:
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合实施例,进一步阐述本发明。
实施例1
一种超高容量锂电池阴极材料,所述阴极材料由以下重量份的原料组成:
石墨18份,铂金粉0.5份,碳化硅0.3份,钛白粉0.3份,碳酸锂1.3份,锡粉1.2份,二氧化硅0.5份,氧化铁0.3份,二氧化钛0.6份。
实施例2
一种超高容量锂电池阴极材料,所述阴极材料由以下重量份的原料组成:
石墨19份,铂金粉0.7份,碳化硅0.5份,钛白粉0.4,碳酸锂1.5份,锡粉1.3份,二氧化硅0.6份,氧化铁0.5份,二氧化钛0.8份。
实施例3
一种超高容量锂电池阴极材料,所述阴极材料由以下重量份的原料组成:
石墨20份,铂金粉0.8份,碳化硅0.7份,钛白粉0.6份,碳酸锂1.8份,锡粉1.5份,二氧化硅0.8份,氧化铁0.6份,二氧化钛1.0份。
所述石墨是天然鳞片墨、微晶石墨、人造石墨或中间相炭微球。
所述石墨颗粒平均粒径为25~30um。
一种超高容量锂电池阴极材料制备工艺,包括以下步骤:
(1)将上述原料混合均匀并加入到高速粉碎机内,在1500至1800rpm的转速下粉碎30至40分钟得到混合粉料;
(2)将混合粉料加入到低速冲击式球化粉碎机内,在800至1000rpm的转速下整形和球形化15至20分钟,得到球形混合粉料;
(3)利用氧化剂对球形混合粉料进行纯化处理;
(4)将纯化处理后的物料制成氧化石墨水溶液,超声处理后得到不同二维尺度的氧化石墨水溶液;
(5)将步骤(4)得到的不同二维尺度的氧化石墨水溶液按比例混合,超声分散均匀后得到具有分散尺度的复合氧化石墨水溶液,然后通过还原法得到具有分散尺度的石墨水溶液,再经干燥处理后得到具有分散尺度的复合石墨;
(6)将干燥后的复合石墨在浓度1.0M至1.2M的掺杂多价态过渡金属盐溶液中浸渍20至30小时,反应温度25至3,然后过滤、脱水烘干;
(7)将上述处理后的复合石墨与5~8%的有机物混合包覆形成包覆石墨;
(8)将包覆石墨进行碳化处理或石墨化处理,在保护气氛中加热500至550℃,保温4小时,然后降至室温。
所述步骤(3)中纯化处理采用的氧化剂是双氧水、过氧乙酸、二氧化氯、氯气、氢氧化钠、浓硫酸、硝酸、浓盐酸、高氯酸、其中任意两种或三种氧化剂的混合物。
所述步骤(6)中掺杂多价态过渡金属元素为Ag、Cu、Cr、Fe、Co、Ni、V、Mo或Sn,盐溶液采用硝酸盐,碳酸盐,硫酸盐、盐酸盐或含有掺杂元素的络盐溶液。
所述步骤(7)中的有机物混合包覆采用的包覆材料为水溶性的聚乙烯醇、丁苯橡胶乳SBR、羧甲基纤维素CMC、有机溶剂系的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例,并不用来限制本发明,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。