一种锂离子电池负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种锂离子电池负极材料的制备方法，该方法先通过化学气相沉积法在铝表面制备碳层，然后将碳层包覆的铝与石墨形成复合材料，铝粉在复合材料中的质量百分比为38‑42%。铝在嵌锂和脱锂过程中的体积变化造成铝的循环放电稳定性较差，本发明专利技术利用化学气相沉积法制备的碳层和复合材料中的石墨缓解铝在嵌锂和脱锂过程中的体积变化，充放电测试结果表明，本发明专利技术制备的铝‑碳层‑石墨复合材料具有较好的循环放电稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种锂离子电池负极材料的制备方法
本专利技术涉及锂离子电池
，具体是一种锂离子电池负极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池广泛应用于小型移动电子设备和电动汽车中，移动电子设备的多功能化和电动汽车的发展要求锂离子电池能量密度不断上升，通过提高电极材料的比容量能提升电池的能量密度。商业化的锂离子电池的负极主要是石墨负极，石墨负极的理论放电比容量为372mAh/g，对应的放电产物为LiC6，放电反应的电压平台是在0.1V附近。铝的理论放电比容量为2235mAhg-1[NatureCommunications,2015,6:7872]，对应的放电产物是Li9Al4，放电反应的电压平台是在0.25V附近，铝的理论放电比容量高于石墨的理论放电比容量，且铝的放电电压平台与石墨的放电电压平台相近，此外，铝具有较高的导电性，这使得铝是一种具有发展前景的负极材料。在嵌锂过程中，石墨的体积变化是在10％附近，铝的体积变化是在100％附近。在充电和放电过程中，铝的体积变化造成表面SEI膜的破裂，破裂后的SEI膜会重新生成，这造成SEI膜增厚、库仑效率降低及放电容量减小，SEI膜的增厚阻碍锂离子的迁移，这造成放电容量的降低。此外，铝的体积变化破坏电极的导电结构，降低电极的导电性和放电容量。为了改善铝的循环放电稳定性，需要缓解铝在嵌锂和脱锂过程中的体积变化。
技术实现思路
为了改善铝的循环放电稳定性，本专利技术提供一种锂离子电池负极材料的制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：一种锂离子电池负极材料的制备方法，该方法先通过化学气相沉积法在铝表面制备碳层，然后将碳层包覆的铝与石墨形成复合材料，铝粉在复合材料中的质量百分比为38-42％，包括以下步骤：(1)将铝粉在分散剂中进行球磨，过筛，控制铝粉粒度D50小于1μm，50℃条件下干燥2h；(2)将铝粉置于化学气相沉积装置中，先将装置抽真空至气压低于10Pa，后向装置中通入氢气和碳源的混合气体，在410-450℃温度下加热25-35min，冷却，得碳层包覆的铝粉；(3)将石墨在分散剂中球磨2-3h，得石墨分散液；(4)向石墨分散液中加入步骤(2)碳层包覆的铝粉，石墨与碳层包覆的铝粉的质量比为(53.3：46.7)-(57.8：42.2)，将分散液球磨2.5-3.5h，50℃条件下干燥2h，得铝-碳层-石墨复合材料。进一步，所述分散剂选自无水乙醇或丙醇。进一步，所述步骤(2)的化学气相沉积装置选自热激活化学气相沉积装置、等离子体激活化学气相沉积装置中的一种。进一步，所述步骤(2)中的反应气压为1-2KPa。进一步，所述步骤(2)中碳源为苯或甲苯。进一步，所述步骤(2)中氢气与碳源的气压比为2：1。本专利技术的有益效果：本专利技术先通过化学气相沉积法在铝粉表面制备碳层，后将碳层包覆的铝粉与石墨形成复合材料，利用碳层和石墨缓解铝在嵌锂和脱锂过程中的体积变化，充放电测试结果表明，本专利技术制备的铝-碳层-石墨复合材料具有较好的循环放电稳定性。附图说明图1为实施例1制备的铝-碳层-石墨复合材料电极的初次放电曲线和初次充电曲线；图2为实施例1制备的铝-碳层-石墨复合材料电极的循环曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1将铝粉(99.9％)在无水乙醇中球磨至粉体粒度D50小于1μm，在50℃条件下干燥2h后，将铝粉置于热激活化学气相沉积装置中，先将装置抽真空至气压为9Pa，反应气体为氢气和苯蒸气，苯蒸气是通过氢气携带进入装置，氢气和苯蒸气的混合气体进入装置后，将气相反应温度升高到450℃，反应气压为1kPa，气相反应35min，反应完成后关闭气体通道，装置冷却后制得碳层包覆的铝粉。将石墨(99.9％)在无水乙醇中球磨2h，制得石墨分散液，向石墨分散液中加入碳层包覆的铝粉，石墨与碳层包覆的铝粉的质量比为57.8:42.2，将分散液球磨3.5h，在50℃干燥2h后，制得铝-碳层-石墨复合材料，铝粉在复合材料中的质量百分含量为38％。将铝-碳层-石墨复合材料与导电剂(SuperP)和粘合剂(LA133)以质量比为80：10：10混合制成浆液，浆液涂覆在铜箔上，经过干燥过程和裁剪过程后，制得铝-碳层-石墨复合材料电极，将铝-碳层-石墨复合材料电极与锂片在真空手套箱中组装扣式电池，通过测试扣式电池的容量得出铝-碳层-石墨复合材料的容量。图1为铝-碳层-石墨复合材料电极的初次放电曲线和初次充电曲线，铝-碳层-石墨复合材料的初次放电比容量和初次充电比容量分别为710mAh/g和574mAh/g。图2为铝-碳层-石墨复合材料电极的循环曲线图，铝-碳层-石墨复合材料电极的循环放电稳定性较好。实施例2将铝粉(99.9％)在丙醇中球磨至粉体粒度D50小于1μm，在50℃条件下干燥2h后，将铝粉置于等离子体激活化学气相沉积装置中，先将装置抽真空至气压为7Pa，反应气体为氢气和甲苯蒸气，甲苯蒸气是通过氢气携带进入装置，氢气与甲苯蒸气的混合气体进入装置后，将气相反应温度升高到430℃，反应气压为1.5kPa，气相反应30min，反应完成后关闭气体通道，装置冷却后制得碳层包覆的铝粉。将石墨(99.9％)在丙醇中球磨2.5h，制得石墨分散液，向石墨分散液中加入碳层包覆的铝粉，石墨与碳层包覆的铝粉的质量比为55.6：44.4，将分散液球磨3h，在50℃干燥2h后，制得铝-碳层-石墨复合材料，铝粉在复合材料中的质量百分含量为40.4％。将铝-碳层-石墨复合材料与导电剂(SuperP)和粘合剂(LA133)以质量比为80：10：10混合制成浆液，浆液涂覆在铜箔上，经过干燥过程和裁剪过程后，制得铝-碳层-石墨复合材料电极，将铝-碳层-石墨复合材料电极与锂片在真空手套箱中组装扣式电池，通过测试扣式电池的容量得出铝-碳层-石墨复合材料的容量。充放电测试结果表明铝-碳层-石墨复合材料的初次放电比容量和初次充电比容量分别为728mAh/g和585mAh/g。实施例3将铝粉(99.9％)在无水乙醇中球磨至粉体粒度D50小于1μm，在50℃条件下干燥2h后，将铝粉置于等离子体激活化学气相沉积装置中，先将装置抽真空至气压为5Pa，反应气体为氢气和苯蒸气，苯蒸气是通过氢气携带进入装置，氢气和苯蒸气的混合气体进入装置后，将气相反应温度升高到410℃，反应气压为2kPa，气相反应25min，反应完成后关闭气体通道，装置冷却后制得碳层包覆的铝粉。将石墨(99.9％)在无水乙醇中球磨3h，制得石墨分散液，向石墨分散液中加入碳层包覆的铝粉，石墨与碳层包覆的铝粉的质量比为53.3：46.7，将分散液球磨2.5h，在50℃干燥2h后，制得铝-碳层-石墨复合材料，铝粉在复合材料中的质量百分含量为42％。将铝-碳层-石墨复合材料与导电剂(SuperP)和粘合剂(LA133)以质量比为80：10：10混合制成浆液，浆液涂覆在铜箔上，经过干燥过程和裁剪过程后，制得铝-碳层-石墨复合材料电极，将铝-碳层-石墨电极与锂片在真空手套箱中组装扣式电池，通过测试扣式电池的容量得出铝-碳层-石墨复合材料的容量。充放电测试结果表明铝-碳层-石墨复合材料的初次放电比容量和初次充电比容量分别为747mAh/g和594mAh/g。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池负极材料的制备方法，该方法先通过化学气相沉积法在铝表面制备碳层，然后将碳层包覆的铝与石墨形成复合材料，铝粉在复合材料中的质量百分比为38‑42%，其特征在于，包括以下步骤：（1）将铝粉在分散剂中进行球磨，过筛，控制铝粉粒度D50小于1μm，50℃条件下干燥2h；（2）将铝粉置于化学气相沉积装置中，先将装置抽真空至气压低于10Pa，后向装置中通入氢气和碳源的混合气体，在410‑450℃温度下加热25‑35min，冷却，得碳层包覆的铝粉；（3）将石墨在分散剂中球磨2‑3h，得石墨分散液；（4）向石墨分散液中加入步骤（2）碳层包覆的铝粉，石墨与碳层包覆的铝粉的质量比为（53.3：46.7）‑（57.8：42.2），将分散液球磨2.5‑3.5h，50℃条件下干燥2h，得铝‑碳层‑石墨复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池负极材料的制备方法，该方法先通过化学气相沉积法在铝表面制备碳层，然后将碳层包覆的铝与石墨形成复合材料，铝粉在复合材料中的质量百分比为38-42%，其特征在于，包括以下步骤：（1）将铝粉在分散剂中进行球磨，过筛，控制铝粉粒度D50小于1μm，50℃条件下干燥2h；（2）将铝粉置于化学气相沉积装置中，先将装置抽真空至气压低于10Pa，后向装置中通入氢气和碳源的混合气体，在410-450℃温度下加热25-35min，冷却，得碳层包覆的铝粉；（3）将石墨在分散剂中球磨2-3h，得石墨分散液；（4）向石墨分散液中加入步骤（2）碳层包覆的铝粉，石墨与碳层包覆的铝粉的质量比为（53.3：46.7）-（57.8：42.2），将分散液球...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨学兵，王光俊，陈炜，张宏立，
申请(专利权)人：合肥国轩高科动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34