一种碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料，其包括：作为芯部的电池负极材料，电池负极材料外包覆有碳-氧化物电解质层。此外，本发明专利技术还公开了上述的碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料的制备方法，其包括步骤：将电池负极材料、碳源有机物和纳米级别的氧化物电解质颗粒通过球磨进行混料；然后进行高温煅烧，以得到碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料。该电池负极材料可以克服现有技术的不足，其具有较高的导电性以及锂离子电导率，并且在应用于固态锂离子电池负极时，其可以展现出高的放电容量、完美的倍率性能和长的循环性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及本专利技术涉及一种电池材料及其制备方法，尤其涉及一种电池负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]现在能源问题日益突出，开发和利用新型储能装置成为人们研究重点。锂离子电池具有高的比能量、长的循环寿命、环境友好等优点，其已经在电子设备、电动汽车等领域得到广泛应用。
[0003]然而，现在的常用的锂离子电池一般采用有机液态电解液，而该体系的有机液态电解液易燃易爆，因而，会给电池带来严重的安全隐患。为了解决安全问题，固态电池应运而生，其通过采用固态电解质替代传统有机电解液，从而解决电池安全性问题，然而，目前的负极材料导电性以及放电容量越来越难以满足目前的使用需要。
[0004]基于此，期望获得一种电池负极材料，其可以克服现有技术的不足，该电池负极材料具有较高的导电性以及锂离子电导率，并且在应用于固态锂离子电池负极时，可以展现出高的放电容量，完美的倍率性能和长的循环性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料，该电池负极材料可以克服现有技术的不足，其具有较高的导电性以及锂离子电导率，并且在应用于固态锂离子电池负极时，其可以展现出高的放电容量、完美的倍率性能和长的循环性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料，其包括：作为芯部的电池负极材料，电池负极材料外包覆有碳-氧化物电解质层。
[0007]进一步地，在本专利技术所述的碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料中，电池负极材料包括：硅碳、石墨、软碳、硬碳的至少其中之一。
[0008]进一步地，在本专利技术所述的碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料中，碳-氧化物电解质层中的氧化物电解质包括：Li7La3Zr2O
12
，0.2Al-Li7La3Zr2O
12
，Ba-Sb-Li7La3Zr2O
12
，Ge-Li7La3Zr2O
12
，Li
6.75
La3Zr
1.75
Ta
0.25
O
12
，Li
6.75
La3Zr
1.75
Nb
0.25
O
12
的至少其中之一。
[0009]需要说明的是，在本专利技术所述的技术方案中，Li7La3Zr2O
12
以下简称LLZO，0.2Al-Li7La3Zr2O
12
以下简称LLZAO，Li
6.75
La3Zr
1.75
Ta
0.25
O
12
以下简称LLZTO，Li
6.75
La3Zr
1.75
Nb
0.25
O
12
以下简称LLZNO。
[0010]相应地，本专利技术的另一目的在于提供一种上述的碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料的制备方法，该制备方法所获得的电池负极材料具有较高的导电性以及锂离子电导率。
[0011]为了实现上述目的，本专利技术提出了一种上述的碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料的制备方法，其包括步骤：
[0012]将电池负极材料、碳源有机物和纳米级别的氧化物电解质颗粒通过球磨进行混
料；然后进行高温煅烧，以得到碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料。
[0013]进一步地，在本专利技术所述的制备方法中，碳源有机物包括：聚环氧乙烯，聚乙二醇，蔗糖，葡萄糖、聚吡咯烷酮，聚四氟乙烯，聚氧化乙烯，聚丙烯酸酯，聚氨酯，纤维素，淀粉，氨基酸，三聚氰胺，双氰胺，酚醛树脂，环氧树脂中的至少其中之一。
[0014]进一步地，在本专利技术所述的制备方法中，氧化物电解质颗粒的大小在500nm以下。
[0015]进一步地，在本专利技术所述的制备方法中，进行球磨的工艺参数满足下述各项的至少其中之一：
[0016]球磨速率为100-600转/min；
[0017]球磨时间为1-24h；
[0018]球料比为1-100。
[0019]需要说明的是，在本专利技术所述的技术方案中，球料比是指小球的质量与电池负极材料、碳源有机物和纳米级别的氧化物电解质颗粒的总和的质量比。
[0020]进一步地，在本专利技术所述的制备方法中，煅烧温度为500-900℃。
[0021]进一步地，在本专利技术所述的制备方法中，煅烧的保护气氛为氮气、氩气、氦气和氨气的至少其中之一。
[0022]进一步地，在本专利技术所述的制备方法中，煅烧步骤包括以0.5-20℃/min的速度升温到煅烧温度，保温0.5-6h。
[0023]进一步地，在本专利技术所述的制备方法中，将电池负极材料、碳源有机物和氧化物电解质颗粒按照(70-95):(5-20):(5-15)的质量份数比例进行混料。
[0024]本专利技术所述的碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料及其制备方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：
[0025]本专利技术所述的碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料可以精确地控制碳-氧化物电解质和碳的含量，从而可以实现规模化生产。此外，本专利技术所述的碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料采用有机物和氧化物固态电解质煅烧工艺合成得到碳-固态电解质包覆的电池负极材料，其中，碳包覆可以有效的改善硅碳材料的导电性，固态电解质可以有效的改善硅碳材料的锂离子电导率，从而有效的降低阻抗和极化程度，实现改善锂电池电化学性能的目的。
[0026]另外，所述的电池负极材料由于碳-氧化物电解质含有的杂原子例如N、S、P元素，其不仅可以提高电池负极材料的导电性，还可以为锂离子提供额外的化学位点，从而提高锂电池储锂性能。
[0027]此外，本专利技术所述的制备方法也同样具有上述的优点以及有益效果。
附图说明
[0028]图1为实施例1的碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料的扫描电镜图片；
[0029]图2为实施例2的碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料的电化学性能图；
[0030]图3为实施例3的碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料的电化学性能图。
具体实施方式
[0031]下面将结合具体的实施例和说明书附图对本专利技术所述的碳-氧化物电解质包覆的
电池负极材料及其制备方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本专利技术的技术方案构成不当限定。
[0032]实施例1
[0033]在本实施方式中，碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料的制备方法具体如下所述：
[0034]硅碳材料、作为碳源有机物的聚环氧乙烯和纳米级别的氧化物电解质LLZO颗粒按照80:10:10比例混合，加入5倍质量的氧化锆球，300转速每分钟球磨2小时。将得到的粉末放进氮气气氛的管式炉中，5℃每分钟升温速度加热到700℃，保温2小时得到碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料，其特征在于，其包括：作为芯部的电池负极材料，所述电池负极材料外包覆有碳-氧化物电解质层。2.如权利要求1所述的碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料，其特征在于，所述电池负极材料包括：硅碳、石墨、软碳、硬碳的至少其中之一。3.如权利要求1所述的碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料，其特征在于，所述碳-氧化物电解质层中的氧化物电解质包括：Li7La3Zr2O
12
，0.2Al-Li7La3Zr2O
12
，Ba-Sb-Li7La3Zr2O
12
，Ge-Li7La3Zr2O
12
，Li
6.75
La3Zr
1.75
Ta
0.25
O
12
，Li
6.75
La3Zr
1.75
Nb
0.25
O
12
的至少其中之一。4.如权利要求1-3中任意一项所述的碳-氧化物电解质包覆的电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：将电池负极材...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭迎宾，李铮铮，王婧洁，杨兵，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：