富锂碳材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种富锂碳材料、其制备方法及应用。所述富锂碳材料包括碳材料以及与碳材料所含官能团结合的Li元素，其中Li元素与碳元素的摩尔比在1：100以上。所述富锂碳材料可以由碳材料以其具有的官能团与含锂化合物反应后形成。本发明专利技术提供的富锂碳材料制备工艺简单，可控性高，成本低廉，绿色环保，且在应用于锂电池中时，能有效提升其能量密度，提高其充放电速度，并改善其循环性能以及低温使用性能，提升安全性，应用前景广泛。

【技术实现步骤摘要】
富锂碳材料、其制备方法及应用
本专利技术涉及一种新型碳材料，特别涉及一种富锂碳材料、其制备方法及应用。
技术介绍
锂电池目前已经在诸如数码设备、电动车辆等领域广泛应用。传统的锂电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料，并使用非水电解质。此类锂电池在应用时仍存在诸多缺陷，例如充放电速度慢、能量密度低、循环性能差等，且安全性也没有保障。为了克服传统锂电池的这些缺陷，众多研究人员提出了大量的改进方案，例如发展了多种新型正极、负极、隔膜、电解液材料等，尽管这些新型的材料可以在一定程度上改善锂电池在某一个方面或几个方面的性能，但其均或多或少存在一些缺陷等。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种富锂碳材料、其制备方法及应用，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种富锂碳材料，其包括碳材料以及与碳材料所含官能团结合的Li元素，其中Li元素与碳元素的摩尔比在1：100以上。在一些优选实施方案中，其中Li元素与碳元素的摩尔比为1：100～35：100。本专利技术实施例提供的一种富锂碳材料主要由碳材料以其具有的官能团与含锂化合物反应后形成，并且所述富锂碳材料中Li元素与碳元素的摩尔比在1：100以上。本专利技术实施例还提供了一种制备所述富锂碳材料的方法，包括：使碳材料以其具有的官能团与含锂化合物反应，使Li元素与碳材料结合，从而形成富锂碳材料。本专利技术实施例还提供了所述富锂碳材料在制备锂电池中的用途。本专利技术实施例还提供了所述富锂碳材料在制备锂电池的正极材料、负极材料、隔膜或电解液中的用途。本专利技术实施例还提供了一种锂电池，所述锂电池的正极、负极、隔膜及电解液中的至少一者包含前述的富锂碳材料。与现有技术相比，本专利技术提供的富锂碳材料制备工艺简单，可控性高，成本低廉，绿色环保，且在应用于锂电池尤其是锂离子电池中时，可以提升Li离子在电池中传输速度，能有效提升锂电池的能量密度，提高其充放电速度，倍率性能提高，并改善其循环性能以及低温使用性能，延长电池使用寿命，提升安全性，应用前景广泛。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例1所获电池与未添加富锂碳材料的电池的放电性能对比示意图。图2是本专利技术实施例2所获电池与未添加富锂碳材料的电池的放电性能对比示意图。图3是本专利技术实施例3所获电池与未添加富锂碳材料的电池的放电性能对比示意图。图4是本专利技术实施例4所获电池与未添加富锂碳材料的电池的放电性能对比示意图。图5是本专利技术实施例5所获电池与未添加富锂碳材料的电池的放电性能对比示意图。图6是本专利技术实施例6所获电池与未添加富锂碳材料的电池的放电性能对比示意图。图7是本专利技术实施例7所获电池与未添加富锂碳材料的电池的放电性能对比示意图。图8是本专利技术实施例8所获电池与未添加富锂碳材料的电池的放电性能对比示意图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。本专利技术实施例提供的一种富锂碳材料包括碳材料以及与碳材料所含官能团结合的Li元素，其中Li元素与碳元素的摩尔比在1：100以上。在一些优选实施方案中，其中Li元素与碳元素的摩尔比为1：100～35：100。在一些实施方案中，所述碳材料包括零维碳材料、一维碳材料、二维碳材料及三维碳材料中的任意一种或两种以上的组合。例如，所述碳材料可以包括碳量子点、富勒烯、石墨、碳纤维、炭黑、碳纳米管、软碳、硬碳以及石墨烯中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。在一些较为优选的实施方案中，所述碳材料的尺寸为20nm～180μm。应当理解的是，此处的“尺寸”系指一维碳材料的径向尺寸和/或长度，二维碳材料的长度和/或宽度，三维碳材料的长度和/或宽度和/或厚度或者粒径等。在一些较为优选的实施方案中，所述碳材料的比表面积为50～3000m2/g。在一些较为优选的实施方案中，所述碳材料所含官能团可以包括羧基(-COOH)、氨基(-NH2)、羟基(-OH)、磺酸基(-SO3H)等活性基团中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。在一些实施方案中，其中Li元素与碳材料所含官能团通过离子键结合。本专利技术实施例提供的一种富锂碳材料可以主要由碳材料以其具有的官能团与含锂化合物反应后形成，并且所述富锂碳材料中Li元素与碳元素的摩尔比在1：100以上，优选为1：100～35：100。在一些实施方案中，所述碳材料包括零维碳材料、一维碳材料、二维碳材料及三维碳材料中的任意一种或两种以上的组合。例如，所述碳材料可以包括碳量子点、富勒烯、石墨、碳纤维、炭黑、碳纳米管、软碳、硬碳以及石墨烯中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。在一些较为优选的实施方案中，所述碳材料的尺寸为20nm～180μm。应当理解的是，此处的“尺寸”系指一维碳材料的径向尺寸和/或长度，二维碳材料的长度和/或宽度，三维碳材料的长度和/或宽度和/或厚度或者粒径等。在一些较为优选的实施方案中，所述碳材料的比表面积为50～3000m2/g。在一些实施方案中，所述官能团可以包括羧基(-COOH)、氨基(-NH2)、羟基(-OH)、磺酸基(-SO3H)等活性基团中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。在一些实施方案中，所述含锂化合物可以包括碳酸锂、碳酸氢锂、氢氧化锂、氧化锂等，且不限于此。在一些实施方案中，其中Li元素与碳材料所含官能团通过离子键结合。本专利技术实施例提供的一种制备前述富锂碳材料的方法包括：使碳材料以其具有的官能团与含锂化合物反应，使Li元素与碳材料结合，从而形成富锂碳材料。在一些实施方案中，所述的方法具体包括：使载于碳材料上的官能团与含锂化合物在液相体系中混合反应，从而使Li离子与来源于官能团的阴离子通过离子键结合，从而形成富锂碳材料。进一步地，所述反应的温度为0～150℃，时间为0.5～10h。进一步地，前述的液相体系中所采用的溶剂可以是水、有机溶剂或其混合物。所述有机溶剂优选为极性有机溶剂，例如乙醇、DMSO、乙腈等等，且不限于此。在一些实施方案中，所述含锂化合物所含Li元素与碳材料所含碳元素的摩尔比在1：100以上，优选为1：100～35：100。在一些实施方案中，所述的方法包括具体步骤：将具有官能团的碳材料分散于溶剂中，形成稳定分散液；向所述稳定分散液内加入含锂化合物并在室温条件下均匀混合反应，形成富锂碳材料。例如，在一个典型的实施例中，可以使载于碳材料上的R基与含锂化合物反应，从而使Li离子与-R-通过离子键结合形成【碳材料-R-Li】，获得富锂碳材料。其中，R即为前述的官能团，其可以包括羧基、氨基、羟基、磺酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种富锂碳材料，其特征在于包括碳材料以及与碳材料所含官能团结合的Li元素，其中Li元素与碳材料所含碳元素的摩尔比在1:100以上。

【技术特征摘要】
1.一种富锂碳材料，其特征在于包括碳材料以及与碳材料所含官能团结合的Li元素，其中Li元素与碳材料所含碳元素的摩尔比在1:100以上。2.根据权利要求1所述的富锂碳材料，其特征在于：其中Li元素与碳元素的摩尔比为1：100～35：100。3.根据权利要求1所述的富锂碳材料，其特征在于：所述碳材料包括零维碳材料、一维碳材料、二维碳材料及三维碳材料中的任意一种或两种以上的组合。4.根据权利要求1或3所述的富锂碳材料，其特征在于：所述碳材料包括碳量子点、富勒烯、石墨、碳纤维、炭黑、碳纳米管、软碳、硬碳以及石墨烯中的任意一种或两种以上的组合。5.根据权利要求1所述的富锂碳材料，其特征在于：所述碳材料的尺寸为20nm～180μm；和/或，所述碳材料的比表面积为50～3000m2/g。6.根据权利要求1所述的富锂碳材料，其特征在于：所述官能团包括羧基、氨基、羟基、磺酸基的任意一种或两种以上的组合。7.根据权利要求1所述的富锂碳材料，其特征在于：其中Li元素与碳材料所含官能团通过离子键结合。8.一种富锂碳材料，其特征在于，所述富锂碳材料主要由碳材料以其具有的官能团与含锂化合物反应后形成，并且所述富锂碳材料中Li元素与碳元素的摩尔比在1：100以上。9.根据权利要求8所述的富锂碳材料，其特征在于：其中Li元素与碳元素的摩尔比为1：100～35：100。10.根据权利要求8所述的富锂碳材料，其特征在于：所述碳材料包括零维碳材料、一维碳材料、二维碳材料及三维碳材料中的任意一种或两种以上的组合。11.根据权利要求8或10所述的富锂碳材料，其特征在于：所述碳材料包括碳量子点、富勒烯、石墨、碳纤维、炭黑、碳纳米管、软碳、硬碳以及石墨烯中的任意一种或两种以上的组合。12.根据权利要求8所述的富锂碳材料，其特征在于：所述碳材料的尺寸为20nm～180...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋永华，高俊强，张维，栗建民，
申请(专利权)人：苏州缘聚新材料技术服务合伙企业有限合伙，
类型：发明
国别省市：江苏,32