專利名稱：用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是涉及一種電池，特別是涉及一種用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)的制備方法及包含該物質(zhì)的可充電鋰電池。
背景技術(shù)：
隨手機(jī)或筆記本電腦等便攜式設(shè)備的發(fā)展，作為能源資源的可充電電池的需求也正在急速增加。最近作為混合動(dòng)力汽車(HEV)、電動(dòng)汽車(EV)的動(dòng)力資源，可充電電池的使用被更現(xiàn)實(shí)化。據(jù)此，有關(guān)對(duì)應(yīng)多種需求的可充電電池的許多研究也更進(jìn)一步。特別是，對(duì)具有高能源密度、高放電電壓和輸出的可充電鋰電池的需求也越來(lái)越高。由于電動(dòng)汽車中使用的可充電鋰電池必須具備高能源密度和在短時(shí)間內(nèi)可發(fā)揮高輸出的特性，同時(shí)根據(jù)電流可在短時(shí)間內(nèi)反復(fù)充放電的條件下必須要能夠使用10年以上，因此必然需要具備比現(xiàn)有的小型可充電鋰電池更優(yōu)秀的輸出特性和可長(zhǎng)期使用的特性。但是，將鋰金屬作為可充電電池的負(fù)極來(lái)使用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)鋰金屬可逆性下降的問(wèn)題。具體地說(shuō)，通過(guò)充電，電解質(zhì)中存在的鋰離子電沉積于負(fù)極的鋰金屬中后，該沉積的鋰離子中的一部分通過(guò)放電過(guò)程重新被溶解成電解質(zhì)。即，通過(guò)充電過(guò)程電沉積的鋰中，由于只有一部分在放電過(guò)程中可被重新使用，所以為了避免容量減少，相對(duì)來(lái)說(shuō)需要更多量的鋰。此外，充電時(shí)鋰以樹(shù)枝狀或針狀的表面構(gòu)造電沉積于鋰金屬表面。其中，以樹(shù)枝狀分支的鋰沖破分離膜與陽(yáng)極接觸可引起內(nèi)部的短路。在這種情況下發(fā)生的短路可引發(fā)急劇反應(yīng)造成電池爆炸。此外，由于鋰的樹(shù)枝狀分支隨電流密度越大越活躍，所以，在需要快速充電的電池中，具有不能使用鋰金屬的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)課題本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種用于可實(shí)現(xiàn)高使用壽命和高輸出的可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)的制備方法和包含該物質(zhì)的可充電鋰電池。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)，該負(fù)活性物質(zhì)作為由非晶質(zhì)碳素材料形成的物質(zhì)，振實(shí)密度為0. 7至1. 5g/cm3，且休止角為15至55度，用于改善可充電鋰電池的輸出。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可充電鋰電池，其包括負(fù)極和正極；以及位于所述負(fù)極和正極之間的電解質(zhì)，其中，所述負(fù)極包含所述負(fù)活性物質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)，其包括非晶質(zhì)碳素粉末，所述非晶質(zhì)碳素粉末通過(guò)將石油焦炭、煤焦炭、煤炭浙青、石油浙青、中間相浙青、中間相炭微球、和氯乙烯樹(shù)脂在500°C至2500°C中碳化來(lái)獲得。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)的制備方法，包括以下步驟將原料前體粉碎成粉末形態(tài)，其中所述原料前體是從由石油焦炭、煤焦炭、煤炭浙青、石油浙青、中間相浙青、中間相炭微球、和氯乙烯樹(shù)脂形成的群中選擇的至少一種；以及將粉碎的所述原料前體在500°C至2500°C中加熱。技術(shù)效果根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，由于負(fù)活性物質(zhì)的振實(shí)密度較高，電極密度被提高，因此可增大可充電鋰電池的容量。此外，由于負(fù)活性物質(zhì)的休止角較小，可充電鋰電池的輸出被改善，因此可抑制使用壽命下降。
具體實(shí)施例方式用于實(shí)施的最優(yōu)選形式以下，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)的制備方法和包含該物質(zhì)的可充電鋰電池進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)由非晶質(zhì)碳素材料所形成。所述非晶質(zhì)碳素材料可制成具優(yōu)秀的高速充電特性和周期(cycle)特性的可充電鋰電池。所述非晶質(zhì)碳素材料可使用軟碳材料(soft carbon)和硬碳材料(hardcarbon) 中的任何一種，但優(yōu)選是，使用軟碳材料。所述軟碳材料是原料前體的石墨化過(guò)程中存在的碳素材料，其中一部分為規(guī)則性排列的六方晶(六面體構(gòu)造排列)。所述軟碳材料可通過(guò)以下方法來(lái)獲得將所述原料前體在空氣或惰性氣體氛圍下，以及在預(yù)設(shè)的溫度條件下進(jìn)行熱處理，從而將所述原料前體的一部分石墨化。在該過(guò)程中，根據(jù)需要可進(jìn)行粉碎和/或碎解的過(guò)程。例如，所述負(fù)活性物質(zhì)可通過(guò)以下步驟被制備將原料前體粉碎成粉末狀；以及將粉碎的原料前體在500°C 至2500°C中加熱。所述粉碎和/或碎解可利用類似球磨機(jī)(ball mill)、磨碎機(jī)(attritionmill)、 振動(dòng)式磨機(jī)(vibration mill)、盤(pán)磨機(jī)(disk mill)、噴磨機(jī)(jet mill)、粉碎機(jī)(rotor mill)等輾磨機(jī)將所述原料前體輾磨。所述輾磨可通過(guò)干式工程、濕式工程、或干式與濕式相結(jié)合的工程來(lái)進(jìn)行。在粉碎和/或碎解工程中，可通過(guò)粉碎速度、壓力、時(shí)間等來(lái)調(diào)節(jié)粒子的平均粒徑和粒度分布。因此，所述負(fù)活性物質(zhì)的平均粒徑和粒度分布可通過(guò)所述粉碎和/或碎解過(guò)程被決定。所述軟碳材料的原料前體不受特別地限制，例如，可單獨(dú)使用石油焦炭、煤焦炭、 煤炭浙青、石油浙青、中間相浙青、中間相炭微球、和氯乙烯樹(shù)脂等中的一種或是混合2種以上。所述負(fù)活性物質(zhì)，振實(shí)密度(tap density)可為0.7至1.5g/cm3。所述振實(shí)密度是指按由粒子形成的粉末的單位體積質(zhì)量，規(guī)則地進(jìn)行敲打或振動(dòng)時(shí)粒子之間空隙的密度。對(duì)所述振實(shí)密度具重要影響的要素可為粒子的大小分布、水分含量、粒子形狀、凝聚力(cohesiveness)等。通過(guò)所述振實(shí)密度可預(yù)測(cè)物質(zhì)的流動(dòng)性和壓縮性 (compressibility)。所述振實(shí)密度可依據(jù)ASTMD4781來(lái)測(cè)定，并可使用計(jì)算式TD = W/ V(TD:振實(shí)密度，W:樣品重量(g)，V:振實(shí)后的樣品體積)來(lái)算出。當(dāng)所述振實(shí)密度大于 0. 7g/cm3時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于可充電鋰電池的負(fù)極中比起具有相同體積的現(xiàn)有電池可確保更多的所述負(fù)活性物質(zhì)，同時(shí)非水電解質(zhì)可均衡地浸入所述負(fù)活性物質(zhì)。當(dāng)所述振實(shí)密度小于0. 7g/cm3時(shí)，所述可充電鋰電池單位體積相對(duì)所述負(fù)活性物質(zhì)含量來(lái)說(shuō)被減少，由此所述可充電鋰電池單位體積容量會(huì)被減少。當(dāng)所述振實(shí)密度大于1. 5g/ cm3時(shí)，在電極制造過(guò)程中不能較好地壓縮，集電體發(fā)生脫落現(xiàn)象，且電解質(zhì)的注入時(shí)間加長(zhǎng)，具有工程上變得更難且高速充放電特性低下的問(wèn)題。所述負(fù)活性物質(zhì)，休止角(angle of repose)可為15至55度。所述休止角是指停止的粉體堆積層的自由表面與水平面形成的角度。結(jié)構(gòu)粒子的粒度越大、越有棱角、水分含量越高、凝聚性越大、微分越小，則所述休止角就越大。當(dāng)休止角較小時(shí)粉體的流動(dòng)性較好。 例如，所述休止角，可在半徑為r的容器(schale)上使所述負(fù)活性物質(zhì)從濾器流出且堆積后直接測(cè)定，或是在測(cè)定該物質(zhì)堆積層的高度后，利用堆積層的高度來(lái)測(cè)定。當(dāng)休止角小于陽(yáng)度時(shí)，使負(fù)極合劑進(jìn)入負(fù)集電體時(shí)，負(fù)活性物質(zhì)的沉浸成分可被凈化。因此，所述負(fù)活性物質(zhì)不存在分離或沉淀的現(xiàn)象，可使負(fù)極合劑均等地進(jìn)入。此外，由于負(fù)極合劑的脫落被防止，同時(shí)電極反應(yīng)的部分集中被抑制，因此可抑制可充電鋰電池輸出和使用壽命的下降。但是，當(dāng)休止角在不到15度或超過(guò)55度時(shí)，負(fù)極粘合時(shí)負(fù)活性物質(zhì)、導(dǎo)電材料、粘合劑之間的凝聚性較低，活性物質(zhì)和導(dǎo)電材料不能均勻地混合從而造成輸出低下的問(wèn)題，或是具有負(fù)活性物質(zhì)之間的空隙小，電解質(zhì)不能充分地被吸收從而影響放電功率的問(wèn)題。所述負(fù)活性物質(zhì)，卡爾指數(shù)(Carr’ s index)可為15至30。所述卡爾指數(shù)是指通過(guò)計(jì)算式C = 100*((VO-Vf)/V0) (C 卡爾指數(shù)，VO 振實(shí)前的樣品體積，Vf 振實(shí)后的樣品體積)算出的值。在制備可充電鋰電池的負(fù)極時(shí)，例如，在負(fù)活性物質(zhì)、導(dǎo)電材料、粘合劑的混合工程中，具自由流動(dòng)性的粒子各自獨(dú)立地移動(dòng)，相反，非自由流動(dòng)性粒子具引力地移動(dòng)。在這種情況下，當(dāng)引力大于重力時(shí)，在因重力的混合過(guò)程中不發(fā)生粒子的分離現(xiàn)象。由于粒子的大小在多種混合物中會(huì)發(fā)生因重力的較大的分離現(xiàn)象，因此在負(fù)活性物質(zhì)的制備中，非自由流動(dòng)性粒子比較有利。當(dāng)卡爾指數(shù)不到15時(shí)，負(fù)活性物質(zhì)、導(dǎo)電材料、粘合劑之間的引力較弱，存在不能均勻混合的問(wèn)題。當(dāng)卡爾指數(shù)超過(guò)30時(shí)，由于混合后放置一邊，具有慢慢地會(huì)發(fā)生正極合劑粒子的沉淀現(xiàn)象的問(wèn)題。此外，在集電體上涂抹時(shí)，攪拌的涂抹溶液中粒子被凝聚且較難進(jìn)行平坦的涂抹，因此，在電極的表面會(huì)發(fā)生一部分凹凸不平的問(wèn)題。所述負(fù)活性物質(zhì)，摩擦系數(shù)可為0. 03至1. 0 ；優(yōu)選是大于0. 20小于0. 90 ；更優(yōu)選
是大于0. 50小于0. 85。一般情況下，粒子表面的粗糙、模樣的不規(guī)則等會(huì)影響摩擦系數(shù)，當(dāng)負(fù)活性物質(zhì)的粗糙表面與電解質(zhì)反應(yīng)時(shí)，會(huì)增大可產(chǎn)生負(fù)面反應(yīng)的面積，且非可逆性容量增大，使容量特性惡化。此外，制備電極時(shí)，在伴有強(qiáng)烈垂直載荷的壓縮工程中摩擦系數(shù)超過(guò)1. 0時(shí)，不能進(jìn)行均勻地涂抹并會(huì)發(fā)生脫落現(xiàn)象。當(dāng)摩擦系數(shù)小于0. 03時(shí)，由于負(fù)極活性物質(zhì)非常圓且不存在微米氣孔，所以鋰離子將要結(jié)合的氣孔非常小，存在容量會(huì)變小的問(wèn)題。所述負(fù)活性物質(zhì)，真密度(true density)可為1. 7至2. 3g/cm3,當(dāng)真密度小于 1. 7g/cm3時(shí)，由于負(fù)活性物質(zhì)內(nèi)部的空隙較多，表面積也較大，因此正離子沒(méi)有被嵌入負(fù)活性物質(zhì)表面和內(nèi)部而是被釋出，在這種情況下，被釋出的正離子使容量和周期特性低下。相反，當(dāng)真密度大于2. 3g/cm3時(shí)，由于負(fù)活性物質(zhì)內(nèi)部的空隙較少，因此電解質(zhì)不浸入電極內(nèi)部，可充電鋰電池的容量會(huì)被減小。
所述負(fù)活性物質(zhì)，其中，射線衍射XRD分析結(jié)果，負(fù)活性物質(zhì)的d (002)軸方向的決定長(zhǎng)度(Lc)可為10至100A。所述(1(00 軸方向的決定長(zhǎng)度較長(zhǎng)是指所述非晶質(zhì)碳素材料的石墨化程度較高，C軸方向的決定長(zhǎng)度較短是指所述非晶質(zhì)碳素材料的石墨化程度較低， 非晶質(zhì)化較強(qiáng)。當(dāng)負(fù)活性物質(zhì)d(002)軸方向的決定長(zhǎng)度小于1OA時(shí)，負(fù)活性物質(zhì)的電導(dǎo)率較低，在制備電極時(shí)，由于需要更多的導(dǎo)電性物質(zhì)，因此作為高容量的負(fù)活性物質(zhì)具有不適合的一面。當(dāng)負(fù)活性物質(zhì)d(002)軸方向的決定長(zhǎng)度大于IOOA時(shí)，雖然導(dǎo)電性及使用壽命特性較好，但鋰離子在石墨烯層(graphene layer)的表面形成結(jié)合(bonding)時(shí)面積較小， 由于只以層(layer)之間的嵌入/脫嵌來(lái)顯示充放電特性，因此存在容量變小的問(wèn)題。此外，所述負(fù)活性物質(zhì)的射線衍射XRD分析結(jié)果，負(fù)活性物質(zhì)的(1(00 軸方向的決定間隔，例如，可為3. 35至3. 65A，優(yōu)選是可為3. 40至3. 55A。上述的d(002)軸方向的決定間隔為3. 35至3. 65A的負(fù)活性物質(zhì)具有非晶質(zhì)碳素材料一部分以六方晶規(guī)則性排列 (六面體構(gòu)造排列)的特性。所述負(fù)活性物質(zhì)，其包含球狀或橢圓狀的粒子。包含球狀或橢圓狀的粒子的負(fù)活性物質(zhì)與鱗片模樣的石墨相比，具有比表面積(Specific Surface Area)較小的特性。因此，所述負(fù)活性物質(zhì)和電解質(zhì)的反應(yīng)性降低，1期周期效率性被提高。所述負(fù)活性物質(zhì)，其平均粒徑可為5至15 μ m。粒子的平均粒徑變大時(shí)，存在較難將負(fù)極的高密度化且較難獲得高輸出的問(wèn)題。在所述負(fù)活性物質(zhì)的粒度分布中，粒徑為 2μπι以下的微分可為負(fù)活性物質(zhì)總量的5%以下。這是由于負(fù)活性物質(zhì)中微分越多休止角就越大的原因。在所述負(fù)活性物質(zhì)的粒度分布中，粒徑可為15至25μπι。所述振實(shí)密度根據(jù)負(fù)活性物質(zhì)的形狀、形狀分布、粒徑、粒徑分布、流動(dòng)性、氣孔率、水分含量、表面特性會(huì)有所不同，當(dāng)d(0. 9)的粒徑大于25 μ m時(shí)，振實(shí)密度則變小。如上所述，所述負(fù)活性物質(zhì)由非晶質(zhì)碳素材料所形成，因此所述可充電鋰電池的容量和周期特性可被提高。此外，由于所述負(fù)活性物質(zhì)的振實(shí)密度較高，可提高可充電鋰電池的輸出。此外，由于負(fù)活性物質(zhì)的休止角較小，可抑制可充電鋰電池的輸出和使用壽命特性下降。由于所述負(fù)活性物質(zhì)的卡爾指數(shù)、摩擦系數(shù)、真密度、d(002)軸方向的決定長(zhǎng)度、 粒子形狀、平均粒徑、以及粒度分布等可被最優(yōu)化，因此，可充電鋰電池的高使用壽命和高輸出特性可被加倍。同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可充電鋰電池包括位于配件上端的負(fù)極、正極、 以及電解質(zhì)。所述可充電鋰電池可進(jìn)一步包括位于配件上端的負(fù)極集電體和正極集電體。 此外，所述可充電鋰電池可進(jìn)一步包括分離膜。在此，所述可充電鋰電池正常運(yùn)作的構(gòu)成要素的積層順序不受特別地限制。所述負(fù)極可通過(guò)以下步驟被制備將根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的負(fù)活性物質(zhì)、導(dǎo)電材料、粘合劑混合來(lái)制備用于制備負(fù)極的漿體，然后將用于制備所述負(fù)極的漿體涂抹在負(fù)極集電體上，以及使其干燥。由于所述負(fù)極包含根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的負(fù)性活性物質(zhì)，因此，所述可充電鋰電池具有高使用壽命和高輸出的特性。所述正極可通過(guò)以下步驟被制備將正活性物質(zhì)、導(dǎo)電材料、粘合劑混合來(lái)制備用于制備正極的漿體，然后將用于制備所述正極的漿體涂抹在正極集電體上，以及使其干燥。由于所述正活性物質(zhì)可使用本技術(shù)領(lǐng)域中已知的材料，因此不受特別地限制，例如，將能夠使鋰可逆性地嵌入 / 脫嵌的 LiCo02、LiMn204、LiNi02、LiFeP04、LiNiV04、LiCoMn04、LiCol73Nil73Mnl73O2^ V2O5, Mn02、MoO3等單獨(dú)地使用或2種以上混合來(lái)使用。由于制備所述負(fù)極和正極時(shí)所使用的導(dǎo)電材料可使用本技術(shù)領(lǐng)域中已知的材料， 因此不受特別地限制，例如，可使用碳黑(carbon black)、乙炔黑(acetylene black)、熱碳黑(thermal black)、槽法碳黑(channel black)、爐法碳黑(furnace black)、石墨等碳素類或金屬粉末等。制備所述負(fù)極和正極時(shí)所使用的粘合劑同樣可使用本技術(shù)領(lǐng)域中已知的材料且沒(méi)有特別地限制，例如，可使用聚偏氯乙烯(PVDF)。所述電解質(zhì)位于正極和負(fù)極的之間，起到在正極和負(fù)極之間運(yùn)送鋰離子的介質(zhì)作用。所述電解質(zhì)不受特別地限制。例如，可使用非水電解質(zhì)。所述非水電解質(zhì)可以是碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲酯、1，1-二甲氧基乙烷、1， 2-二甲氧基乙烷、1，2-二乙氧基乙烷、V-丁內(nèi)酯、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、1，3-二氧戊環(huán)、4-甲基-1，3-二氧戊環(huán)、茴香醚、二乙醚、環(huán)丁砜、甲基環(huán)丁砜、乙腈、氯腈、丙腈、三甲基硼酸、四甲基硅酸、硝基甲烷、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、醋酸乙酯、原甲酸三甲酯、硝基苯、鹽化苯甲酰、脆化苯甲酰、四氫噻吩、二甲基亞砜、3-methyl-2-0XaZ0lid0ne、乙二醇、 亞硫酸鹽、二甲基亞硫酸鹽等，其可被單獨(dú)地使用或2種以上混合來(lái)使用。同時(shí)，所述電解質(zhì)，使用無(wú)期限固體電解質(zhì)或有期限固體電解質(zhì)都可以。所述無(wú)期限固體電解質(zhì)可以是，例如Li20-&03、Li20-V205-Si02、Li2S04-Li20-B203、Li3P04、LiPON、LiBON 等，其可被單獨(dú)地使用或2種以上混合來(lái)使用。所述有期限固體電解質(zhì)可以是，例如聚乙烯衍生物、聚環(huán)氧乙烷衍生物、聚環(huán)氧丙烷衍生物、磷酸二酯聚合物、聚賴氨酸(agitation lysine)、聚酯硫化物、 聚乙烯醇、聚偏氟乙烯等，其可被單獨(dú)地使用或2種以上混合來(lái)使用。所述負(fù)極集電體與所述負(fù)極電連接。所述負(fù)極集電體能夠使可充電鋰電池不發(fā)生化學(xué)性變化且具備高度的導(dǎo)電性，且不受特別地限制。例如，作為所述負(fù)極集電體可使用白金(Pt)、金(Au)、銅(Cu)、哈氏合金(Hastelloy)、ΙΤ0等貴金屬類、耐熱鋼、以及導(dǎo)電性酸化物膜等。所述負(fù)極集電體的表面根據(jù)需要可形成細(xì)微凹凸從而提高負(fù)活性物質(zhì)的粘合力， 可以是薄膜、薄片、箔片、網(wǎng)狀物、多孔質(zhì)體、發(fā)泡體、氈體等多種形態(tài)。所述正極集電體與所述正極電連接。所述正極集電體使薄膜電池不發(fā)生化學(xué)性變化且具備高度的導(dǎo)電性，并不受特別地限制。例如，作為所述正極集電體可使用白金(Pt)、 金(Au)、銅(Cu)、哈氏合金(HaStellOy)、IT0等貴金屬類、耐熱鋼、以及導(dǎo)電性酸化物膜等。 所述正極集電體的表面根據(jù)需要可形成細(xì)微凹凸從而提高正活性物質(zhì)的粘合力，可以是薄膜、薄片、箔片、網(wǎng)狀物、多孔質(zhì)體、發(fā)泡體、氈體等多種形態(tài)。依照上述的構(gòu)成可充電鋰電池的各結(jié)構(gòu)要素，1個(gè)的單位電池可被構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的可充電鋰電池可由所述1個(gè)的單位電池來(lái)形成，對(duì)此并不受限制。所述 1個(gè)的單位電池可通過(guò)多個(gè)積層來(lái)形成，所述可充電鋰電池可為圓筒形、直角形、圓幣形、盒形等中的任意形態(tài)。以下，參照下面的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。但本發(fā)明的技術(shù)并不受實(shí)施例的局限或限制。在以下的實(shí)施例中，根據(jù)實(shí)施形式，通過(guò)碳化條件、粒度大小、模樣控制，改變振實(shí)密度、休止角、卡爾指數(shù)、和摩擦系數(shù)來(lái)制成了負(fù)活性物質(zhì)。用于實(shí)施的形式[實(shí)施例]1.制備負(fù)活性物質(zhì)
實(shí)施例1將石油焦炭作為非晶質(zhì)碳素原料來(lái)進(jìn)行了使用，利用干式噴射碾磨機(jī)將所述石油焦炭粉碎成粉末狀使所述石油焦炭的平均粒徑達(dá)到10 μ m。這時(shí)，最大粒度控制在沈μ m以下，通過(guò)袋濾器將最小粒度控制在0. 8 μ m。接著，將被粉末化的石油焦炭以2. 5°C /分鐘的升溫速度升溫至1100°C。然后，在最高溫度中保持3個(gè)小時(shí)后以5°C /分鐘的冷卻速度慢慢冷卻。實(shí)施例2將石油焦炭作為非晶質(zhì)碳素原料來(lái)進(jìn)行了使用，利用濕式盤(pán)磨機(jī)將所述石油焦炭粉碎成粉末狀使所述石油焦炭的平均粒徑達(dá)到10 μ m。這時(shí)，通過(guò)分類器將最大粒度控制在 40 μ m以下，通過(guò)袋濾器將最小粒度控制在0. 3 μ m。接著，將被粉末化的石油焦炭以2. 5°C / 分鐘的升溫速度升溫至1100°C。然后，在最高溫度中保持3個(gè)小時(shí)后以5°C /分鐘的冷卻速度慢慢冷卻。實(shí)施例3將石油焦炭作為非晶質(zhì)碳素原料來(lái)進(jìn)行了使用，利用干式噴射碾磨機(jī)將所述石油焦炭粉碎成粉末狀使所述石油焦炭的平均粒徑達(dá)到12 μ m。這時(shí)，通過(guò)分類器將最大粒度控制在40 μ m以下，通過(guò)袋濾器將最小粒度控制在0. 5 μ m。接著，將被粉末化的石油焦炭以 2. 5°C /分鐘的升溫速度升溫至1100°C。然后，在最高溫度中保持3個(gè)小時(shí)后以5°C /分鐘的冷卻速度慢慢冷卻。實(shí)施例4將石油焦炭作為非晶質(zhì)碳素原料來(lái)進(jìn)行了使用，利用干式噴射碾磨機(jī)將所述石油焦炭粉碎成粉末狀使所述石油焦炭的平均粒徑達(dá)到11 μ m。這時(shí)，通過(guò)分類器將最大粒度控制在25 μ m以下，通過(guò)袋濾器將最小粒度控制在0. 8 μ m。接著，將被粉末化的石油焦炭以 2. 5°C /分鐘的升溫速度升溫至1100°C。然后，在最高溫度中保持3個(gè)小時(shí)后以5°C /分鐘的冷卻速度慢慢冷卻。比較例1將石油焦炭作為非晶質(zhì)碳素原料來(lái)進(jìn)行了使用，利用濕式玻珠研磨機(jī)(bead mill)將所述石油焦炭粉碎成粉末狀使所述石油焦炭的平均粒徑達(dá)到10 μ m。這時(shí)，通過(guò)分類器將最大粒度控制在40 μ m以下，通過(guò)袋濾器將最小粒度控制在1 μ m。接著，將被粉末化的石油焦炭以2.5°C /分鐘的升溫速度升溫至1100°C。然后，在最高溫度中保持3個(gè)小時(shí)后以5°C /分鐘的冷卻速度慢慢冷卻。比較例2將石油焦炭作為非晶質(zhì)碳素原料來(lái)進(jìn)行了使用，利用干式噴射碾磨機(jī)將所述石油焦炭粉碎成粉末狀使所述石油焦炭的平均粒徑達(dá)到9 μ m。這時(shí)，通過(guò)分類器將最大粒度控制在25 μ m以下，通過(guò)袋濾器將最小粒度控制在0. 8 μ m。接著，將被粉末化的石油焦炭以 2. 5°C /分鐘的升溫速度升溫至1100°C。然后，在最高溫度中保持3個(gè)小時(shí)后以5°C /分鐘的冷卻速度慢慢冷卻。比較例3將石油焦炭作為非晶質(zhì)碳素原料來(lái)進(jìn)行了使用，利用濕式盤(pán)磨機(jī)將所述石油焦炭粉碎成粉末狀使所述石油焦炭的平均粒徑達(dá)到15 μ m。這時(shí)，通過(guò)分類器將最大粒度控制在40 μ m以下，通過(guò)袋濾器將最小粒度控制在0. 5 μ m。接著，將被粉末化的石油焦炭以2. 5°C / 分鐘的升溫速度升溫至1100°C。然后，在最高溫度中保持3個(gè)小時(shí)后以5°C /分鐘的冷卻速度慢慢冷卻。比較例4將石油焦炭作為非晶質(zhì)碳素原料來(lái)進(jìn)行了使用，利用濕式玻珠研磨機(jī)將所述石油焦炭粉碎成粉末狀使所述石油焦炭的平均粒徑達(dá)到10 μ m。這時(shí)，通過(guò)分類器將最大粒度控制在40 μ m以下，通過(guò)袋濾器將最小粒度控制在0. 3 μ m。接著，將被粉末化的石油焦炭以 2. 5°C /分鐘的升溫速度升溫至1100°C。然后，在最高溫度中保持3個(gè)小時(shí)后以5°C /分鐘的冷卻速度慢慢冷卻。2.制備可充電鋰電池實(shí)施例5至8、比較例5至8除使用了各個(gè)實(shí)施例1至4和比較例1至4的負(fù)活性物質(zhì)以外，以現(xiàn)有公知的方法制備了根據(jù)各個(gè)實(shí)施例5至8和比較例5至8的可充電鋰電池。3.負(fù)活件物質(zhì)特件測(cè)定測(cè)定了通過(guò)上述的實(shí)施例1至4和比較例1至4所制備的負(fù)活性物質(zhì)的振實(shí)密度、 休止角、卡爾指數(shù)、以及摩擦系數(shù)，其結(jié)果顯示在以下的表1中。所述振實(shí)密度是通過(guò)以下方式來(lái)獲得的利用康塔儀器(Quatachrome)公司的振實(shí)密度安培計(jì)(Autotap)，在IOOml的量筒中放入90ml的所述負(fù)活性物質(zhì)，測(cè)定質(zhì)量到達(dá)單位0. Ig后，用長(zhǎng)度為3. 2mm的槳，以250r/min的旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)行3000次振實(shí)，然后測(cè)定體積達(dá)到Iml后，利用測(cè)定器和計(jì)算振實(shí)密度的算式來(lái)算出振實(shí)密度。所述休止角是通過(guò)細(xì)川護(hù)熙美光科技公司(Hosokawamicron)的PT-S來(lái)測(cè)定的。所述卡爾指數(shù)是從所述振實(shí)密度的測(cè)定器和計(jì)算卡爾指數(shù)的算式來(lái)獲得的。PT-S使測(cè)定粉體的卡爾指數(shù)的ASTMD6393-99 得到完善。所述摩擦系數(shù)是以粉末堆的表面和水平面之間的可能產(chǎn)生的最大角(Φ)，在通過(guò)PT-S測(cè)定休止角后，以^η(Φ) = μ (摩擦系數(shù))的計(jì)算式來(lái)獲得的。表1
權(quán)利要求
1.一種用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)，其作為由非晶質(zhì)碳素材料形成的物質(zhì)，振實(shí)密度為0.7至1.5g/cm3，且休止角為15至55度，用于改善可充電鋰電池的輸出。
2.如權(quán)利要求1所述的用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)，其中，卡爾指數(shù)為15至30。
3.如權(quán)利要求1所述的用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)，其中，摩擦系數(shù)為0.03至1. 0。
4.如權(quán)利要求1所述的用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)，其中，真密度為1.7至2. 3g/3cm ο
5.如權(quán)利要求1所述的用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)，其中，d(002)軸方向的決定長(zhǎng)度為10至100A。
6.如權(quán)利要求1所述的用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)，其中，d(002)軸方向的決定間隔為3. 35至3. 65A。
7.如權(quán)利要求1所述的用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)，其包含平均粒徑為5至 15 μ m的球狀或橢圓狀粒子。
8.如權(quán)利要求1所述的用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)，其中，在粒度分布中d(0.9) 的粒徑為15至25μπι。
9.如權(quán)利要求1所述的用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)，其中，所述非晶質(zhì)碳素材料為軟碳材料。
10.如權(quán)利要求9所述的用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)，其中，所述軟碳材料的原料前體是從由石油焦炭、煤焦炭、煤炭浙青、石油浙青、中間相浙青、中間相炭微球、和氯乙烯樹(shù)脂形成的群中選擇的至少一種。
11.一種可充電鋰電池，包括 負(fù)極和正極；以及位于所述負(fù)極和正極之間的電解質(zhì)，其中，所述負(fù)極，其包含權(quán)利要求1中所述的負(fù)活性物質(zhì)。
12.一種用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)的制備方法，包括以下步驟將原料前體粉碎成粉末形態(tài)，所述原料前體是從由石油焦炭、煤焦炭、煤炭浙青、石油浙青、中間相浙青、中間相炭微球、和氯乙烯樹(shù)脂形成的群中選擇的至少一種；以及將粉碎的所述原料前體在500°C至2500°C中加熱。
全文摘要
本發(fā)明提出一種用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)及包含該物質(zhì)的可充電鋰電池。用于可充電鋰電池的負(fù)活性物質(zhì)，其作為由非晶質(zhì)碳素材料形成的物質(zhì)，振實(shí)密度為0.7至1.5g/cm3，且休止角為15至55度。
文檔編號(hào)H01M4/58GK102484252SQ201080033604
公開(kāi)日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者全太玄, 承度泳, 李應(yīng)周, 李相益 申請(qǐng)人:Gs加特克斯公司