一种高倍率的锂离子电池负极材料及其制备方法技术

本发明专利技术为一种高倍率的锂离子电池负极材料及其制备方法。一种高倍率的锂离子电池负极材料的制备方法，包括：(1)将无机锂盐、硝酸化合物、有机氮化合物及添加剂加到水中并混匀，得溶液A；(2)制备掺杂稀土化合物的多孔石墨复合材料B；(3)将所述的多孔石墨复合材料B加入到所述的溶液A中，并加入氧化石墨烯溶液，混匀后、过滤、洗涤、真空干燥，得无机锂盐包覆石墨复合体；(4)采用电化学沉积法，以无机锂盐包覆石墨复合体作为工作电极进行扫描，洗涤，干燥，高温烧结，粉碎,得到所述的锂离子电池负极材料。本发明专利技术的技术方案，可以提升首次效率，以及石墨的快充能力，并兼顾能量密度及其高温性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种高倍率的锂离子电池负极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料制备领域，具体涉及一种高倍率的锂离子电池负极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前市场化的负极材料主要以人造石墨为主，其主要通过降低骨料粒径及其表面包覆无定形碳降低阻抗，但是由于降低材料骨料粒径或增加碳包覆量会降低能量密度，因此选择合适的骨料粒径或控制材料的包覆量显得非常必要。而目前提升材料快充性能主要措施在石墨内核表面包覆电子或离子阻抗低的材料，并改善内核和外壳之间的界面阻抗，提升材料的扩散速率及其电子传导速率。
[0003]目前，市场化的人造石墨主要是在外层包覆无定形碳但是仅仅可以满足≤4C充电能力，比容量≤350mAh/g,压实密度≤1.6g/cm3的要求，且制备方法一般为固相或液相法，一致性差，使其材料的充电能力及其能量密度无法满足未来需求。
[0004]有鉴于此，本专利技术提出一种高倍率的锂离子电池负极材料及其制备方法，通过材料表面包覆新型材料以改善材料的功率性能和能量密度。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高倍率的锂离子电池负极材料的制备方法，通过水热法制备出块状结构的无机锂盐包覆石墨复合体，并通过电化学沉淀法在其表面沉积锂盐，提升首次效率；制备出石墨复合材料，可以提升石墨的快充能力并兼顾能量密度及其高温性能。
[0006]为了实现上述目的，所采用的技术方案为：
[0007]一种高倍率的锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将无机锂盐、硝酸化合物、有机氮化合物及添加剂加到水中，混匀后，得溶液A；
[0009](2)制备掺杂稀土化合物的多孔石墨复合材料B；
[0010](3)将所述的多孔石墨复合材料B加入到所述的溶液A中，混匀，加入氧化石墨烯溶液，混匀后，在100～200℃下反应1～6h，过滤、洗涤、真空干燥，得到块状结构的无机锂盐包覆石墨复合体；
[0011](4)采用电化学沉积法，以所述的无机锂盐包覆石墨复合体作为工作电极欸，饱和甘汞作为对电极，0.1mol/L的二氟硼酸锂的碳酸二甲酯(DMC)溶液作为溶剂，在
‑
2V～2V、0.5～5mV/s扫描10～100周，稀盐酸洗涤，干燥，在800～1200℃高温烧结1～6h，粉碎,得到所述的锂离子电池负极材料。
[0012]进一步的，所述的步骤(1)中，无机锂盐、硝酸化合物、有机氮化合物和添加剂的质量比为100：80～100：1～10：1～10
[0013]溶液A中溶质(无机锂盐、硝酸化合物、有机氮化合物及添加剂)与水的质量比为1～10：100。
[0014]进一步的，所述的步骤(1)中，无机锂盐为LiCO3、LiOH、LiNO3、LiCl、LiBr、LiI、Li2S、LiF、Li2SO4、Li2SO3、LiClO4、LiMnO4、LiO2、Li2S2O3中的一种；
[0015]硝酸化合物为硝酸镁、硝酸钙、硝酸钾、硝酸铁中的一种；
[0016]有机氮化合物为二甲胺、二丙胺、三丙氨、正丁氨、二乙胺、乙醇胺、三乙胺中的一种；
[0017]添加剂为Li2B4O7、Li3PO3、Li3NbO3中的一种。
[0018]进一步的，所述的步骤(2)中，制备掺杂稀土化合物的多孔石墨复合材料B的步骤为：将三聚氰胺、磷酸氢铵、稀土氯化物溶于水后，添加石墨混合均匀，并加热搅拌至凝胶状，真空干燥后，煅烧、洗涤，得掺杂稀土化合物的多孔石墨复合材料B。
[0019]再进一步的，所述的稀土氯化物为氯化铈、氯化镧、氯化铕、氯化钕或氯化钇中的一种。
[0020]再进一步的，所述的三聚氰胺、磷酸氢铵、稀土氯化物和石墨的质量比为0.5～2:1～5:1～5:100。
[0021]再进一步的，所述的步骤(2)中，在50～120℃下搅拌至凝胶状；
[0022]在惰性气氛下温度为200～400℃条件下煅烧1～6h；
[0023]采用稀盐酸、去离子水洗涤。
[0024]进一步的，所述的步骤(3)中，氧化石墨烯的浓度为0.5～5wt％。
[0025]进一步的，所述的步骤(3)中，溶液A、多孔石墨复合材料B和氧化石墨烯的质量比为100:100～200:1～5。
[0026]本专利技术的另一个目的在于提供一种高倍率的锂离子电池负极材料，采用上述的制备方法制备而成，在能量密度、高温性能、低温性能等方面具有优势。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0028]1、本专利技术通过化学法在石墨表面沉积无机锂盐，降低其材料充放电过程中的不可逆容量损失，提升首次效率；同时依靠包覆层无机锂盐自身的锂离子导电率高的特性，提升负极材料充放电过程中锂离子的传输速率，并改善倍率性能。
[0029]2、本专利技术通过在内核石墨中掺杂稀土化合物，提升内核的电子导电性，同时三聚氰胺碳在800～1200℃高温烧结后，得到含有氮的无定形碳，且氮原子与碳原子的组合具有更高的电子导电性，从而提升复合材料的电子导电性；磷酸氢铵碳化后留下的纳米微米孔洞提升材料的保液能力，且磷自身具有高的比容量，从而进一步提升材料的能量密度。
[0030]3、本专利技术通过电化学沉积法在其外层沉积有机锂盐，提升材料与电解液的相容性，改善低温性能，并与内核石墨表面的无机锂盐与外壳的有机锂盐相互作用，起到协同作用，提升材料的高温性能、低温性能。
附图说明
[0031]图1为实施例2制备出的石墨复合材料的SEM图。
具体实施方式
[0032]为了进一步阐述本专利技术一种高倍率的锂离子电池负极材料及其制备方法，达到预期专利技术目的，以下结合较佳实施例，对依据本专利技术提出的一种高倍率的锂离子电池负极材
料及其制备方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
[0033]下面将结合具体的实施例，对本专利技术一种高倍率的锂离子电池负极材料及其制备方法做进一步的详细介绍：
[0034]实施例1.
[0035]具体操作步骤如下：
[0036](1)按照100：80～100：1～10：1～10的质量比称取无机锂盐、硝酸化合物、有机氮化合物和添加剂，添加到去离子水中，配置成溶液A。
[0037]其中，无机锂盐为LiCO3、LiOH、LiNO3、LiCl、LiBr、LiI、Li2S、LiF、Li2SO4、Li2SO3、LiClO4、LiMnO4、LiO2、Li2S2O3中的一种；
[0038]硝酸化合物为硝酸镁、硝酸钙、硝酸钾、硝酸铁中的一种；
[0039]有机氮化合物为二甲胺、二丙胺、三丙氨、正丁氨、二乙胺、乙醇胺、三乙胺中的一种；
[0040]添加剂为Li2B4O7、Li3PO3、Li3NbO3中的一种。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高倍率的锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将无机锂盐、硝酸化合物、有机氮化合物及添加剂加到水中，混匀后，得溶液A；(2)制备掺杂稀土化合物的多孔石墨复合材料B；(3)将所述的多孔石墨复合材料B加入到所述的溶液A中，混匀，加入氧化石墨烯溶液，混匀后，在100～200℃下反应1～6h，过滤、洗涤、真空干燥，得到块状结构的无机锂盐包覆石墨复合体；(4)采用电化学沉积法，以所述的无机锂盐包覆石墨复合体作为工作电极，饱和甘汞作为对电极，0.1mol/L的二氟硼酸锂的碳酸二甲酯溶液作为溶剂，在
‑
2V～2V、0.5～5mV/s扫描10～100周，稀盐酸洗涤，干燥，在800～1200℃高温烧结1～6h，粉碎,得到所述的锂离子电池负极材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，无机锂盐、硝酸化合物、有机氮化合物和添加剂的质量比为100：80～100：1～10：1～10；溶液A中无机锂盐、硝酸化合物、有机氮化合物、添加剂与水的质量比为1～10：100。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，无机锂盐为LiCO3、LiOH、LiNO3、LiCl、LiBr、LiI、Li2S、LiF、Li2SO4、Li2SO3、LiClO4、LiMnO4、LiO2、Li2S2O3中的一种；硝酸化合物为硝酸镁、硝酸钙、硝酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：王福寿，王福国，王福山，裴成勇，裴国军，
申请(专利权)人：新疆天宏基科技有限公司，
类型：发明
国别省市：