一种用于便携式游戏机的锂离子电池的负极材料制备方法

技术领域

本发明涉及便携式游戏机的电源领域，尤其涉及一种用于便携式游戏机的锂离子电池的负极材料制备方法。

背景技术

电子游戏机作为一种大众化的数码电子产品，日益朝着小型化和便携化发展，比较典型的有PSP游戏机，于此同时人们对便携式游戏机的电池续航时间的要求却越来越高，对于电池的充电速率和使用寿命的要求也越来越高。

锂离子电池作为一种新型的二次电池，具有比容量高、电压高、安全性好的特点，成为便携式游戏机的电池首选。便携式游戏机在选用电池时主要需要考虑容量、电池循环稳定性能（决定电池的使用寿命）、环境适应性能以及充电速率等。

锂离子电池负极材料是决定锂离子电池综合性能优劣的关键因素之一，目前关于负极材料的研究主要包括碳材料、氧化物负极材料、金属及合金类负极材料等。而已经大规模商业化生产的负极材料主要是石墨。石墨负极材料分为天然石墨和人造石墨。人造石墨的循环性能和倍率性能有优势，但其容量不高、且制造成本居高不下，这极大程度上限制了其大规模应用。随着储能和动力领域的迅猛发展，锂离子电池迫切需要一款既保持天然石墨低成本优势，又具有人造石墨长寿命和高倍率性能的负极材料。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的一个目的在于提供一种用于便携式游戏机的锂离子电池的负极材料制备方法，使便携式游戏机使用时电池续航时间长，使用寿命提高，安全性强并且充电速率更快。

为了实现上述目的，本发明公开了一种用于便携式游戏机的锂离子电池的负极材料制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

（1）加工天然石墨

将天然石墨料经过粉碎机粉碎到合格参数的原材料加入硼酸钾，加入添加剂的重量为原材料的3-4%，混合机中混合4-6个小时，将混合物料置于石墨化炉中进行纯化石墨化处理，在3100-3300℃持续通入氯气气体，将石墨中的金属杂质去除，冷却后放入球磨机中，以400-500转/分钟的速度，球磨4-6小时，过100目筛，即可得到加工后的石墨材料；

（2）配置反应溶液

将硝酸铅溶解于甲苯，得到的浓度为10-25wt％硝酸铅溶液， 将有环氧树脂溶解于乙二醇，得到浓度为15-20wt％的环氧树脂溶液，将氨水溶解于乙醇中，得到浓度为10-15wt％溶液氨水溶液；

（3）反应得到凝胶/石墨体系

硝酸铅溶液和环氧树脂溶液按照体积比1:2-3混合均匀得到混合溶液，将上述加工后的石墨材料末加入混合溶液中强烈搅拌均匀得到固液混合物浆料，其中石墨材料与混合溶液的质量体积比为1g:（2-3）ml，在搅拌的条件下加热混合物浆料至85-95℃，并向该混合物浆料内滴加氨水溶液，在滴加的过程中，溶液混合料变成溶胶混合料，整个体系的粘度不断增大，氨水溶液滴加至整个体系变成凝胶状为止，得到凝胶/石墨混合体系； 

（4）制备铅/石墨复合材料

将该凝胶/石墨混合体系转入真空干燥箱内，在温度200-220℃条件下进行干燥，等溶剂完全排除后，再在该温度下保温3-5小时，然后将温度升至260-300℃并保温2-3小时，最后自然降温至常温，得到干燥物料，将所得的干燥物料置于碳化炉中，在惰性气体保护下加热碳化，之后自然降温冷却，得到铅/石墨复合材料；

（5）配制负极复合材料

按如下物质重量份配比负极的原材料：

上述铅/石墨复合材料    90-100

木素                2-5

聚二氟乙烯          3-5

导电炭黑           3-5

将上述铅/石墨复合材料和木素通过搅拌5-7小时而分散至珠磨溶液中，然后在其中加入导电炭黑和聚二氟乙烯，加入适量去离子水球磨4-6小时，得到负极浆料，作为负极复合材料备用。 

优选的，步骤（1）中的粉碎后石墨的参数为：粒度5μm以下，比表面积为100-200m²/g。

优选的，在步骤（4）中所述的碳化条件为：碳化温度1500-2000℃，碳化时间为1-2小时。

本发明的效果在于：

将特定工艺制备的石墨材料，经过湿法反应及凝胶工艺，与金属铅复合成结合均匀、结构稳定的的铅/石墨体系，在保持了石墨循环性能和高倍率特性的同时，大大改善了材料的能量密度。使用该材料制备的锂离子电池用于便携式游戏机时，可以满足用户的电池长续航能力、快速充电、安全使用以及延长游戏机（特别是电池和机身一体的游戏机）使用寿命的需求。

具体实施方式

实施例1

将天然石墨料经过粉碎机粉碎到粒度5μm以下，比表面积为100-200m²/g，然后加入硼酸钾，加入添加剂的重量为原材料的3%，混合机中混合4个小时，将混合物料置于石墨化炉中进行纯化石墨化处理，在3100℃持续通入氯气气体，将石墨中的金属杂质去除，冷却后放入球磨机中，以400转/分钟的速度，球磨6小时，过100目筛，即可得到加工后的石墨材料。

将硝酸铅溶解于甲苯，得到的浓度为10wt％硝酸铅溶液， 将有环氧树脂溶解于乙二醇，得到浓度为15wt％的环氧树脂溶液，将氨水溶解于乙醇中，得到浓度为10wt％溶液氨水溶液。

硝酸铅溶液和环氧树脂溶液按照体积比1:2混合均匀得到混合溶液，将上述加工后的石墨材料末加入混合溶液中强烈搅拌均匀得到固液混合物浆料，其中石墨材料与混合溶液的质量体积比为1g:2ml，在搅拌的条件下加热混合物浆料至85℃，并向该混合物浆料内滴加氨水溶液，在滴加的过程中，溶液混合料变成溶胶混合料，整个体系的粘度不断增大，氨水溶液滴加至整个体系变成凝胶状为止，得到凝胶/石墨混合体系。 

将该凝胶/石墨混合体系转入真空干燥箱内，在温度200℃条件下进行干燥，等溶剂完全排除后，再在该温度下保温5小时，然后将温度升至260℃并保温3小时，最后自然降温至常温，得到干燥物料，将所得的干燥物料置于碳化炉中，在惰性气体保护下加热碳化，碳化温度1500℃，碳化时间为1小时，之后自然降温冷却，得到铅/石墨复合材料。

按如下物质重量份配比负极的原材料：

上述铅/石墨复合材料    90

木素                2

聚二氟乙烯          3

导电炭黑           3

将上述铅/石墨复合材料和木素通过搅拌5小时而分散至珠磨溶液中，然后在其中加入导电炭黑和聚二氟乙烯，加入适量去离子水球磨4小时，得到负极浆料，作为负极复合材料备用。 

实施例2

将天然石墨料经过粉碎机粉碎到粒度5μm以下，比表面积为100-200m²/g，然后加入硼酸钾，加入添加剂的重量为原材料的4%，混合机中混合6个小时，将混合物料置于石墨化炉中进行纯化石墨化处理，在3300℃持续通入氯气气体，将石墨中的金属杂质去除，冷却后放入球磨机中，以500转/分钟的速度，球磨4小时，过100目筛，即可得到加工后的石墨材料。

将硝酸铅溶解于甲苯，得到的浓度为25wt％硝酸铅溶液， 将有环氧树脂溶解于乙二醇，得到浓度为20wt％的环氧树脂溶液，将氨水溶解于乙醇中，得到浓度为15wt％溶液氨水溶液。

硝酸铅溶液和环氧树脂溶液按照体积比1:3混合均匀得到混合溶液，将上述加工后的石墨材料末加入混合溶液中强烈搅拌均匀得到固液混合物浆料，其中石墨材料与混合溶液的质量体积比为1g:3ml，在搅拌的条件下加热混合物浆料至95℃，并向该混合物浆料内滴加氨水溶液，在滴加的过程中，溶液混合料变成溶胶混合料，整个体系的粘度不断增大，氨水溶液滴加至整个体系变成凝胶状为止，得到凝胶/石墨混合体系。 

将该凝胶/石墨混合体系转入真空干燥箱内，在温度220℃条件下进行干燥，等溶剂完全排除后，再在该温度下保温3小时，然后将温度升至300℃并保温2小时，最后自然降温至常温，得到干燥物料，将所得的干燥物料置于碳化炉中，在惰性气体保护下加热碳化，碳化温度2000℃，碳化时间为1小时，之后自然降温冷却，得到铅/石墨复合材料。

按如下物质重量份配比负极的原材料：

上述铅/石墨复合材料    100

木素                5

聚二氟乙烯          5

导电炭黑           5

将上述铅/石墨复合材料和木素通过搅拌5-7小时而分散至珠磨溶液中，然后在其中加入导电炭黑和聚二氟乙烯，加入适量去离子水球磨6小时，得到负极浆料，作为负极复合材料备用。 

比较例

将天然石墨粉碎后，和羧甲基纤维素、聚二氟乙烯、碳纳米管以重量比70:10:5制备成负极浆料备用。

 将实施例一、二及比较例所得产物，再用超声波分散30min后，将浆料均匀涂在冲压好的泡沫镍片上，制得涂有浆料的泡沫镍片，接着用10MPa的压力将其压成薄薄的片，再将薄圆片于120℃下真空干燥12小时，制得锂离子电池负极。组装成PSP通配电池。然后将制备的电池测试其电化学性能：经测试该实施例一和二的的材料与比较例的材料相比，首次放电比容量提升了50-60%以上，循环寿命提高了2倍以上，充电速率提高了2倍以上。