一种锂电池阳极复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提出了一种锂电池阳极复合材料，所述复合材料由纳米镁锂合金、铝酸镧铜和石墨三者复合而成，所述纳米镁锂合金平均晶粒在5‑15nm之间，以石墨和纳米镁锂合金为基体，铝酸镧铜包覆在基体表面，形成复合材料。本发明专利技术锂电池阳极复合材料制备方法简单，制得的材料具有到店型号、力学及电学性能佳，能显著改善锂离子电池循环性能，具有良好的耐高低温性，可以应用于快充型锂离子电池中。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池阳极复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及电化学
，具体涉及一种锂电池阳极复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
锂离子电池见证了现代蓬勃发展的电子技术，成为现代无处不在的便携式电子设备必不可少的部分。锂电化学电池，更普遍地称为电池(组)，广泛用于各种军用和民用产品。这些产品中许多是使用高能和高功率电池。部分由于便携电子设备的小型化，期望开发具有增加的功率容量和使用寿命的更小的锂电池。然而，随着越来越多具有高能量和大功率的先进设备的需求、尤其是混合动力电动汽车的发展，商业化锂离子电池的性能已经难以达到其所需的性能。其中重要的一个原因是因为锂离子电池目前的阳极主要材料是石墨，其理论容量只有372mAh/g，其储锂容量还不够高，还不能满足未来的锂离子电池必须向高容量方向发展的需求；而且在电池工作期间，锂枝晶很可能在石墨表面形成，容易诱导安全问题。因此，广泛的研究一直致力于寻求有效的方法来实现更好的阳极材料。与石墨相比，过渡金属氧化物是具有高容量和相对高的工作电压与石墨相比，另外也能够避免使用石墨产生的锂枝晶的形成问题。然而，在锂的嵌、脱循环过程中，过渡金属氧化物阳极材料存在严重的体积膨胀和收缩，造成材料结构的破坏和机械粉化，从而导致电极循环性能的衰退。如果解决这个问题并提高锂电池的容量是锂电中重要的研究课题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种锂电池阳极复合材料及其制备方法和应用，制备方法简单，制得的材料具有到店型号、力学及电学性能佳，能显著改善锂离子电池循环性能，具有良好的耐高低温性，可以应用于快充型锂离子电池中。本专利技术的技术方案是这样实现的：本专利技术提供一种锂电池阳极复合材料，所述复合材料由纳米镁锂合金、铝酸镧铜和石墨三者复合而成，所述纳米镁锂合金平均晶粒在5-15nm之间，以石墨和纳米镁锂合金为基体，铝酸镧铜包覆在基体表面，形成复合材料。作为本专利技术的进一步改进，所述纳米镁锂合金、铝酸镧铜和石墨的质量比为(3-10)：(2-7)：50。作为本专利技术的进一步改进，所述纳米镁锂合金、铝酸镧铜和石墨的质量比为7：5：50。作为本专利技术的进一步改进，所述纳米镁锂合金的制备方法如下：将镁锂合金经过行星球磨机研磨后，去离子水清洗，烘干得到纳米镁锂合金。进一步地，所述研磨转速为550-1000r/min，所述研磨时间为10-15h。所述铝酸镧铜的制备方法如下：将硝酸铜、硝酸镧、硝酸铝加入乙二醇中，搅拌混合均匀，滴加NaOH溶液调节pH值，继续搅拌30-60min后转入聚四氟乙烯内胆中，至于不锈钢水热反应釜中，密封放入烘箱中150-170℃反应12-24h，冷却，弃去上清液，固体产物用去离子水洗涤后，烘干得到铝酸镧铜。作为本专利技术的进一步改进，所述硝酸铜、硝酸镧、硝酸铝的物质的量之比为3:1：(3-5)。作为本专利技术的进一步改进，所述NaOH溶液的物质的量浓度为3-5mol/L；所述pH值调节值9-10；所述硝酸铜、硝酸镧、硝酸铝总质量与乙二醇的体积比为(7-9)：50。本专利技术进一步保护一种上述锂电池阳极复合材料的制备方法，包括以下步骤：将石墨研细至200目以下，与纳米镁锂合金、铝酸镧铜充分混合，用行星球磨机研磨，烘干，压片，得到锂电池阳极复合材料。作为本专利技术的进一步改进，所述行星球磨机转速为450-550r/min，时间为1-3h。本专利技术进一步保护一种上述锂电池阳极复合材料在制备制备快充性锂电池阳极中的应用。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术制得铝酸镧铜具有表面张力很大，有机溶剂分子难以嵌入到电极晶格内部，可以很好地阻止溶剂分子的嵌入对电极结构的破坏；表面空隙很多，能较大地增加电极与电解液的接触面积，方便改善电极材料与有机溶剂的浸润性；表面缺陷很有可能产生亚带隙，会使电极的放电曲线更加平滑，有利于延长电极的循环寿命；微纳米结构的铝酸镧铜粉体比表面积大，各向异性的界面占了材料的1％-5％，电极在嵌脱锂时的界面反应位置很多，有利于减小电极电化学过程中的极化现象；铝酸镧铜的反应机理如下：Al3++4OH-＝AlO2-+2H2OCu2++La3++AlO2-＝CuLa(AlO2)5形成的铝酸镧铜具有较好的晶格性质，具有以下优点：(1)表面张力很大，有机溶剂分子难以嵌入到电极晶格内部，可以很好地阻止溶剂分子的嵌入对电极结构的破坏；(2)表面空隙很多，能较大地增加电极与电解液的接触面积，方便改善电极材料与有机溶剂的浸润性；(3)表面缺陷很有可能产生亚带隙，会使电极的放电曲线更加平滑，利于延长电极的循环寿命；(4)粉体比表面积大，各向异性的界面占了材料的1％—5％，电极在嵌脱锂时的界面反应位置很多，有利于减小电极电化学过程中的极化现象。本专利技术添加的纳米镁锂合金具有较高的理论容量和嵌锂平台。同时，还具有加工性能好、导电性好、溶剂共嵌入低等优点。另一方面，具有密度极小，轻量化，可以有效减小材料机械应力，稳固材料结构，这使得电池的循环性能和可逆容量更高；纳米镁锂合金合金材料已经可以得到首次循环效率高、循环性能较好、是一种易于无锂阴极材料使用的高性能阳极材料，且易于工业化生产，可以在比较温和的条件下制备纳米晶金属合金，而铝酸镧铜具有表面张力很大，有机溶剂分子难以嵌入到电极晶格内部，可以很好地阻止溶剂分子的嵌入对电极结构的破坏；表面空隙很多，能较大地增加电极与电解液的接触面积，方便改善电极材料与有机溶剂的浸润性，表面缺陷很有可能产生亚带隙，会使电极的放电曲线更加平滑，有利于延长电极的循环寿命，从而能够提高阳极材料的电学性能，将纳米镁锂合金合金与铝酸镧铜混合后制备阳极材料，以石墨为基体，能够显著提高电学性能，具有协同增效的作用。本专利技术锂电池阳极复合材料制备方法简单，制得的材料具有到店型号、力学及电学性能佳，能显著改善锂离子电池循环性能，具有良好的耐高低温性，可以应用于快充型锂离子电池中。具体实施方式下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。镁锂合金为L91镁锂合金，购于东莞市佳洲金属材料有限公司。硝酸铜，CAS号：10031-43-3。硝酸镧，CAS号：100587-94-8。硝酸铝，CAS号：13473-90-0。所有化学品均购于国药集团。行星球磨机为Ф1830*4500行星球磨机，购于江西省昌亿矿山机械有限公司。实施例1锂电池阳极复合材料的制备方法包括以下步骤：S1.纳米镁锂合金的制备方法如下：将镁锂合金经过行星球磨机研磨后，研磨转速为550r/min，所述研磨时间为10h，去离子水清洗，烘干得到纳米镁锂合金；S2.将3g硝酸铜、1g硝酸镧、3g硝酸铝加入50mL乙二醇中，搅拌混合均匀，滴加3mol/LNaOH本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂电池阳极复合材料，其特征在于，所述复合材料由纳米镁锂合金、铝酸镧铜和石墨三者复合而成，所述纳米镁锂合金平均晶粒在5-15nm之间，以石墨和纳米镁锂合金为基体，铝酸镧铜包覆在基体表面，形成复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂电池阳极复合材料，其特征在于，所述复合材料由纳米镁锂合金、铝酸镧铜和石墨三者复合而成，所述纳米镁锂合金平均晶粒在5-15nm之间，以石墨和纳米镁锂合金为基体，铝酸镧铜包覆在基体表面，形成复合材料。


2.根据权利要求1所述一种锂电池阳极复合材料，其特征在于，所述纳米镁锂合金、铝酸镧铜和石墨的质量比为(3-10)：(2-7)：50。


3.根据权利要求2所述一种锂电池阳极复合材料，其特征在于，所述纳米镁锂合金、铝酸镧铜和石墨的质量比为7：5：50。


4.根据权利要求1所述一种锂电池阳极复合材料，其特征在于，所述纳米镁锂合金的制备方法如下：将镁锂合金经过行星球磨机研磨后，去离子水清洗，烘干得到纳米镁锂合金。


5.根据权利要求1所述一种锂电池阳极复合材料，其特征在于，所述铝酸镧铜的制备方法如下：将硝酸铜、硝酸镧、硝酸铝加入乙二醇中，搅拌混合均匀，滴加NaOH溶液调节pH值，继续搅拌30-60min后转入聚四氟乙烯内胆中，至于不锈钢水热反应釜中，密封放入烘箱中1...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁峰，
申请(专利权)人：犀望新能源科技昆山有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32