一种制备负极材料的浆料及负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种制备负极材料的浆料及负极材料的制备方法，所述浆料包括以下质量百分比的组分：有机溶剂90％‑99.98％，活性物质0.02％‑10％；所述有机溶剂包含油胺、聚乙二醇、油酸与十八烯至少两种的组合；所述活性物质为三氧化二铁、氢氧化铁、能够热分解为三氧化二铁或氢氧化铁的含铁源有机物或者无机物中的一种或至少两种的混合。本发明专利技术提供的负极材料制备方法工艺简单，易于实施，有利于提高生产效率、节约生产成本，该负极材料的综合性能优于传统的商业C材料电极。因此利用Fe3C制备的电极材料组装成的电池具有高循环稳定性、高倍率性能，以及显著增强的电池安全性能。

A slurry for preparing anode material and a preparation method of anode material

【技术实现步骤摘要】
一种制备负极材料的浆料及负极材料的制备方法
本专利技术锂电池
，尤其涉及一种制备负极材料的浆料及负极材料的制备方法。
技术介绍
锂离子电池由于具有零记忆效应、低自放电等优点早已广泛应用于各种便携式电子设备以及电动汽车中，但是电池的电化学性能却常常受限于电极的性能，因此寻找一种具有高性能、高循环、高倍率的新型电极材料是我们所面临的挑战。目前商用的电池负极材料是碳。其有限的能量密度(372mAhg-1)与较差的倍率性、热稳定性以及机械性能不能满足人们日益对高容量、高完全性能电池的追求。因此，研发具有高容量、高热稳定性、较强机械性能以及价格低廉的新材料对突破现有能量密度的限制并进一步提升电池的安全性能具有十分重要的意义。通常来讲，电池负极材料的充放电机理可分为以下三种。新兴的二维材料，如石墨烯(graphene)，其电导率(～106Sm-1)比传统石墨(～105Sm-1)电极高一个数量级，这带来了显著提升的倍率性能，被认为是未来的最优潜力的电极。然而其中一个严重的挑战是复杂且高昂的制作成本，以及不能大规模工业的量产限制了他的工业/商业化进程。过度金属氧化物，包括二元过渡金属氧化物(CuO、Fe3O4、NiO等)与三元过度金属氧化物(ZnFe2O4、Zn2SnO4、Co2MnO4等)材料则具有较高的理论容量(500-1000mAhg-1)并得到了很多研究者的关注。但在充放电过程中，过渡金属阳离子植入在Li2O的晶胞内进一步反应生成金属单质。然而过渡金属氧化物的主要挑战在于其电化学反应中巨大的体积变化不能保证材料的结构的完整性。在充放电过程中时常伴随着活性材料的粉末化，因此造成严重的容量衰减与安全问题。另外，较差的电子传导系数也使得它的循环寿命与充放电容量十分有限。另一方面，Si、Sn和Ge等材料由于能在充放电锂化过程中与锂离子形成合金因而能够释放较大的容量。然而限制Si电极进一步商业化的障碍也是其充放电过程中接近400％的体积变化。其巨大的体积变化使得颗粒粉末化并且不能保证SEI膜结构的完整性。Fe3C及其衍生物由于其较好的化学稳定性、高电导率(～106Sm-1)以及机械强度成为了人们研究的焦点。但现有方法及原材料制备的Fe3C及其衍生物的综合性能不佳，从而限制了Fe3C及其衍生物在锂电池中的应用。因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种制备负极材料的浆料及负极材料的制备方法，使装成的电池具有高循环稳定性、高倍率性能，以及显著增强的电池安全性能。本专利技术的技术方案如下：提供一种制备负极材料的浆料及负极材料的制备方法，所述浆料包括以下质量百分比的组分：有机溶剂90％-99.98％，活性物质0.02％-10％。所述有机溶剂包含油胺、聚乙二醇、油酸与十八烯至少两种的组合；所述活性物质为三氧化二铁、氢氧化铁、能够热分解为三氧化二铁或氢氧化铁的含铁源有机物或者无机物中的一种或至少两种的混合。所述制备方法，包括以下步骤。S1：按质量比称取有机溶剂和活性物质，并装入在容器中进行混合，获得制备锂电池负极材料的浆料。S2：将步骤S1中包含制备锂电池负极材料的浆料的容器抽真空至负压1kpa-10kpa，并在室温下稳定10min-100min后通入惰性气体，获得第一悬浊液。S3：将步骤S2中制备的第一悬浊液处于惰性气体的氛围下在80℃～180℃搅拌10s～60min，形成稳定均一的第二悬浊液。在该步骤中，依然是在惰性气体的环境中；若步骤S1中的采用的为含铁源的有机物或无机物，含铁源有机物或无机物在80℃～180℃下将分解成三氧化二铁或者氢氧化铁，经过步骤S2和步骤S3，成三氧化二铁或者氢氧化铁均匀的分散在有机溶剂中。无水无氧技术可提升三氧化二铁或氢氧化铁在有机溶剂分散的均匀性；并且在加热的状态下混合，可有效提升混合的均匀度。S4：将步骤S3中的第二悬浊液处于惰性气体的氛围下在到200℃～450℃并加热0.1h～4h，获得第三悬浊液。在该步骤中，高温将使有机溶剂裂解，裂解产物附着在三氧化二铁或者氢氧化铁颗粒表面。在该步骤中，依然是在惰性气体的环境中。步骤S1-S4都在同一个容器内进行，可有效简化操作步骤，方便操作。步骤S2-S4都是在惰性气体下，隔绝氧气，避免有机溶剂在高温裂解时被氧化。S5：将步骤S4制备的第三悬浊液进行固液分离，分到固体组分和液体组分，将固体组分在50℃-130℃范围下干燥1h-36h，获得固体颗粒。S6：将步骤S5中得到的固体颗粒在惰性气体保护下高温热处理，热处理时长0.5h-6h，热处理的温度为800℃～1300℃，获得锂电池负极材料。裂解产物在高温下将三氧化二铁或氢氧化铁还原成Fe，Fe进一步与裂解产物反应生成碳包覆Fe3C、碳纳米材料。进一步地，所述含铁源的有机或者无机物颗粒为：高氯酸铁、乙酰丙酮铁、羰基铁中的一种或者至少两种的组合，所述三氧化二铁和氢氧化铁的粒径为30nm～90nm。进一步地，锂电池负极材料为碳包覆Fe3C、碳纳米材料混合物；所述混合物的粒径不超过50nm，Fe3C晶体结构为正交晶型，包覆的碳以及碳纳米材料为六方结构；所述碳包覆Fe3C为核壳结构。进一步地，所述步骤S2为：将步骤S1中包含制备锂电池负极材料的浆料的容器抽真空至负压2kpa-3kpa，并在室温下稳定30min-60min后通入惰性气体，获得第一悬浊液。进一步地，所述步骤S3为：将步骤S2中制备的第一悬浊液在110℃～160℃搅拌20s～30min，形成稳定均一的第二悬浊液。进一步地，所述步骤S4为：将步骤S3中的第二悬浊液在到250℃～350℃并加热1h～h，获得第三悬浊液。进一步地，所述步骤S5为：将步骤S4制备的第三悬浊液进行固液分离，分到固体组分和液体组分，将固体组分在80℃-100℃范围下干燥18h-24h，获得固体颗粒。进一步地，所述步骤S6为：将步骤S5中得到的固体颗粒在惰性气体保护下高温热处理，热处理时长1.5h-2h，热处理的温度为900℃～1200℃，获得核壳结构的锂电池负极材料。碳包覆Fe3C由于其较好的化学稳定性、高电导率可满足在锂电池中的应用，其高电导率显著提升的了电池的倍率性能。地球储量丰富的铁元素和碳元素使得碳包覆Fe3C材料价格低廉且容易制取。另外由于在形成过程中，C原子占据了Fe晶胞的空隙并导致了d-层电子收缩、可降低电池电极反应的活化能，使电池具有更高的容量。由于一个Fe3C晶胞只能存储1/6个锂离子，因此Fe3C可对电极部分SEI膜成分中的脂类和醚类相互转化提供能量，使电池具有较高容量，因此利用碳包覆Fe3C制备的电极材料组装成的电池具有高循环稳定性、高倍率性能，以及显著增强的电池安全性能。采用上述方案，本专利技术提供一种制备负极材料的浆料及负极材料的制备方法，制备的碳包覆Fe3C化学稳定性、高电导率可满足在锂电池中应用，其高电导率显著提升的了电池的倍率性能。因此利用本专利技术制备的电极材料组装成的电池具有高循环稳定性、高倍率性能，以及显著增强的电池安全性能。附图说明图1为本专利技术的实施例1获得的负极材料的SEM图；图2为本专利技术的实施例1获得的负极材料的TEM图；图3为本专利技术的实施例1获得的负极材料的HR-TEM图；图4为本专利技术的实施例1获得的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备负极材料的浆料及负极材料的制备方法，其特征在于，所述浆料包括以下质量百分比的组分：有机溶剂           90％‑99.98％，活性物质           0.02％‑10％；所述有机溶剂包含油胺、聚乙二醇、油酸与十八烯至少两种的组合；所述活性物质为三氧化二铁、氢氧化铁、能够热分解为三氧化二铁或氢氧化铁的含铁源有机物或者无机物中的一种或至少两种的混合；所述制备方法，包括以下步骤：S1：按质量比称取有机溶剂和活性物质，并装入在容器中进行混合，获得制备锂电池负极材料的浆料；S2：将步骤S1中包含制备锂电池负极材料的浆料的容器抽真空至负压1kpa‑10kpa，并在室温下稳定10min‑100min后通入惰性气体，获得第一悬浊液；S3：将步骤S2中制备的第一悬浊液处于惰性气体的氛围下在80℃～180℃搅拌10s～60min，形成稳定均一的第二悬浊液；S4：将步骤S3中的第二悬浊液处于惰性气体的氛围下在到200℃～450℃并加热0.1h～4h，获得第三悬浊液；S5：将步骤S4制备的第三悬浊液进行固液分离，分到固体组分和液体组分，将固体组分在50℃‑130℃范围下干燥1h‑36h，获得固体颗粒；S6将步骤S5中得到的固体颗粒在惰性气体保护下高温热处理，热处理时长0.5h‑6h，热处理的温度为800℃～1300℃，获得的锂电池负极材料。...

【技术特征摘要】
1.一种制备负极材料的浆料及负极材料的制备方法，其特征在于，所述浆料包括以下质量百分比的组分：有机溶剂90％-99.98％，活性物质0.02％-10％；所述有机溶剂包含油胺、聚乙二醇、油酸与十八烯至少两种的组合；所述活性物质为三氧化二铁、氢氧化铁、能够热分解为三氧化二铁或氢氧化铁的含铁源有机物或者无机物中的一种或至少两种的混合；所述制备方法，包括以下步骤：S1：按质量比称取有机溶剂和活性物质，并装入在容器中进行混合，获得制备锂电池负极材料的浆料；S2：将步骤S1中包含制备锂电池负极材料的浆料的容器抽真空至负压1kpa-10kpa，并在室温下稳定10min-100min后通入惰性气体，获得第一悬浊液；S3：将步骤S2中制备的第一悬浊液处于惰性气体的氛围下在80℃～180℃搅拌10s～60min，形成稳定均一的第二悬浊液；S4：将步骤S3中的第二悬浊液处于惰性气体的氛围下在到200℃～450℃并加热0.1h～4h，获得第三悬浊液；S5：将步骤S4制备的第三悬浊液进行固液分离，分到固体组分和液体组分，将固体组分在50℃-130℃范围下干燥1h-36h，获得固体颗粒；S6将步骤S5中得到的固体颗粒在惰性气体保护下高温热处理，热处理时长0.5h-6h，热处理的温度为800℃～1300℃，获得的锂电池负极材料。2.根据权利要求1所述的一种制备负极材料的浆料及负极材料的制备方法，其特征在于，所述含铁源的有机物或者无机物为：高氯酸铁、乙酰丙酮铁、羰基铁中的一种或者至少两种的组合，所述三氧化二铁和氢氧化铁的粒径为30nm～90nm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：何伟东，陈东江，丁显波，陈太宝，袁博韬，
申请(专利权)人：深圳锂硫科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44