本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高性能鋰電池陰極材料及制備工藝。
背景技術(shù)：
目前隨著全球性石油資源緊缺與氣候環(huán)境的不斷惡化，人類社會(huì)發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。發(fā)展清潔節(jié)能的新能源汽車受到世界各國(guó)的高度重視。新能源汽車的發(fā)展，關(guān)鍵在其動(dòng)力電源。鋰離子電池具有能量密度大、自放電小、無(wú)記憶效應(yīng)、工作電壓范圍寬、使用壽命長(zhǎng)、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，是目前新能源汽車主要的動(dòng)力電源。而鋰離子電池關(guān)鍵電極材料是電池性能的最終決定性因素，其中負(fù)極材料對(duì)鋰離子電池性能的提高起著至關(guān)重要的作用。因此，開(kāi)發(fā)高性能、廉價(jià)的負(fù)極材料對(duì)促進(jìn)新能源汽車及相關(guān)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。
目前的陰極材料其比容量已經(jīng)接近372mAh/g的理論值，難以滿足高性能鋰電池的需求，因此尋找高比容量陰極材料成為一個(gè)重要的發(fā)展方向。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明為解決上述問(wèn)題，提供一種高性能鋰電池陰極材料及制備工藝。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題采用以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
一種高性能鋰電池陰極材料，所述陰極材料由以下重量份的原料組成：
石墨20-25份，鈦白粉0.5-0.8份，鉑金粉1.2-1.8份，碳化硅0.2-0.4份，碳化硅0.6-0.9份，鋅粉0.7-1.0份，磷酸鐵鋰0.3-0.8份，二氧化鈣0.5-0.8份，石英粉0.2-0.7份。
所述石墨是天然鱗片墨、微晶石墨、人造石墨或中間相炭微球。
所述石墨顆粒平均粒徑為25～30um。
一種高性能鋰電池陰極材料制備工藝，包括以下步驟：
(1)將上述原料混合均勻并加入到高速粉碎機(jī)內(nèi)，在1600至1800rpm的轉(zhuǎn)速下粉碎20至25分鐘得到混合粉料；
(2)將混合粉料加入到低速?zèng)_擊式球化粉碎機(jī)內(nèi)，在1000至1200rpm的轉(zhuǎn)速下整形和球形化30分鐘，得到球形混合粉料；
(3)利用氧化劑對(duì)球形混合粉料進(jìn)行純化處理；
(4)將純化處理后的物料制成氧化石墨水溶液，超聲處理后得到不同二維尺度的氧化石墨水溶液；
(5)將步驟(4)得到的不同二維尺度的氧化石墨水溶液按比例混合，超聲分散均勻后得到具有分散尺度的復(fù)合氧化石墨水溶液，然后通過(guò)還原法得到具有分散尺度的石墨水溶液，再經(jīng)干燥處理后得到具有分散尺度的復(fù)合石墨；
(6)將干燥后的復(fù)合石墨在濃度1.0M至1.5M的摻雜多價(jià)態(tài)過(guò)渡金屬鹽溶液中浸漬24小時(shí)，反應(yīng)溫度25℃，然后過(guò)濾、脫水烘干；
(7)將上述處理后的復(fù)合石墨與6～8％的有機(jī)物混合包覆形成包覆石墨；
(8)將包覆石墨進(jìn)行碳化處理或石墨化處理，在保護(hù)氣氛中加熱450至500℃，保溫5小時(shí)，然后降至室溫。
所述步驟(3)中純化處理采用的氧化劑是雙氧水、過(guò)氧乙酸、二氧化氯、氯氣、氫氧化鈉、濃硫酸、硝酸、濃鹽酸、高氯酸、其中任意兩種或三種氧化劑的混合物。
所述步驟(6)中摻雜多價(jià)態(tài)過(guò)渡金屬元素為Ag、Cu、Cr、Fe、Co、Ni、V、Mo或Sn，鹽溶液采用硝酸鹽，碳酸鹽，硫酸鹽、鹽酸鹽或含有摻雜元素的絡(luò)鹽溶液。
所述步驟(7)中的有機(jī)物混合包覆采用的包覆材料為水溶性的聚乙烯醇、丁苯橡膠乳SBR、羧甲基纖維素CMC、有機(jī)溶劑系的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈。
本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明所述陰極材料通過(guò)在石墨中摻雜微量金屬元素，不僅保證了材料的高容量，還能緩解充放電過(guò)程中，體積膨脹收縮效應(yīng)。將金屬元素分散在石墨體系中，金屬起到提高導(dǎo)電性的作用，發(fā)揮高容量的特性，穩(wěn)定材料的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的制得的陰極材料壓實(shí)密度高、加工性能良好、導(dǎo)電性高、首次效率高、循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)異。本發(fā)明提供的陰極材料的制備工藝簡(jiǎn)單，原料成本低廉，環(huán)境友好無(wú)污染，適合工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式：
為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
實(shí)施例1
一種高性能鋰電池陰極材料，所述陰極材料由以下重量份的原料組成：
石墨20份，鈦白粉0.5份，鉑金粉1.2份，碳化硅0.2份，碳化硅0.6份，鋅粉0.7份，磷酸鐵鋰0.3份，二氧化鈣0.5份，石英粉0.2份。
實(shí)施例2
一種高性能鋰電池陰極材料，所述陰極材料由以下重量份的原料組成：
石墨23份，鈦白粉0.6份，鉑金粉1.5份，碳化硅0.3份，碳化硅0.7份，鋅粉0.8份，磷酸鐵鋰0.5份，二氧化鈣0.6份，石英粉0.4份。
實(shí)施例3
一種高性能鋰電池陰極材料，所述陰極材料由以下重量份的原料組成：
石墨25份，鈦白粉0.8份，鉑金粉1.8份，碳化硅0.4份，碳化硅0.9份，鋅粉1.0份，磷酸鐵鋰0.8份，二氧化鈣0.8份，石英粉0.7份。
所述石墨是天然鱗片墨、微晶石墨、人造石墨或中間相炭微球。
所述石墨顆粒平均粒徑為25～30um。
一種高性能鋰電池陰極材料制備工藝，包括以下步驟：
(1)將上述原料混合均勻并加入到高速粉碎機(jī)內(nèi)，在1600至1800rpm的轉(zhuǎn)速下粉碎20至25分鐘得到混合粉料；
(2)將混合粉料加入到低速?zèng)_擊式球化粉碎機(jī)內(nèi)，在1000至1200rpm的轉(zhuǎn)速下整形和球形化30分鐘，得到球形混合粉料；
(3)利用氧化劑對(duì)球形混合粉料進(jìn)行純化處理；
(4)將純化處理后的物料制成氧化石墨水溶液，超聲處理后得到不同二維尺度的氧化石墨水溶液；
(5)將步驟(4)得到的不同二維尺度的氧化石墨水溶液按比例混合，超聲分散均勻后得到具有分散尺度的復(fù)合氧化石墨水溶液，然后通過(guò)還原法得到具有分散尺度的石墨水溶液，再經(jīng)干燥處理后得到具有分散尺度的復(fù)合石墨；
(6)將干燥后的復(fù)合石墨在濃度1.0M至1.5M的摻雜多價(jià)態(tài)過(guò)渡金屬鹽溶液中浸漬24小時(shí)，反應(yīng)溫度25℃，然后過(guò)濾、脫水烘干；
(7)將上述處理后的復(fù)合石墨與6～8％的有機(jī)物混合包覆形成包覆石墨；
(8)將包覆石墨進(jìn)行碳化處理或石墨化處理，在保護(hù)氣氛中加熱450至500℃，保溫5小時(shí)，然后降至室溫。
所述步驟(3)中純化處理采用的氧化劑是雙氧水、過(guò)氧乙酸、二氧化氯、氯氣、氫氧化鈉、濃硫酸、硝酸、濃鹽酸、高氯酸、其中任意兩種或三種氧化劑的混合物。
所述步驟(6)中摻雜多價(jià)態(tài)過(guò)渡金屬元素為Ag、Cu、Cr、Fe、Co、Ni、V、Mo或Sn，鹽溶液采用硝酸鹽，碳酸鹽，硫酸鹽、鹽酸鹽或含有摻雜元素的絡(luò)鹽溶液。
所述步驟(7)中的有機(jī)物混合包覆采用的包覆材料為水溶性的聚乙烯醇、丁苯橡膠乳SBR、羧甲基纖維素CMC、有機(jī)溶劑系的聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯或聚丙烯腈。
以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選例，并不用來(lái)限制本發(fā)明，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。