一种高能量密度快充锂离子电池负极材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高能量密度快充锂离子电池负极材料的制备方法，包括：配置有机锡盐的聚合物溶液，并添加石墨，分散均匀，作为反应液A；配置还原剂的有机醇溶液B；在负压加热的条件下，将还原剂B滴加到反应液A中进行化学反应得到锡基材料掺杂石墨复合材料；采用气体雾化法，用浓酸液对其复合材料表面刻蚀、洗涤，干燥得到。本发明专利技术能提升石墨材料的能量密度及快充性能，首次效率高，且制备过程简单、过程可控、材料来源广泛，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种高能量密度快充锂离子电池负极材料的制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料制备领域，具体的说是一种高能量密度快充锂离子电池负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]随着市场对锂离子电池能量密度要求的提高，要求锂离子电池负极材料具有高的能量密度，目前市场化的负极材料主要以人造石墨为主，制备方法主要采用固相或液相法在石墨表面包覆软碳或硬碳提升材料的首次效率及其低温性能，但是存在包覆后降低了材料的比容量和压实密度。而如果与硅基材料混合则会造成材料膨胀较大，影响其循环及高温存储性能。现有的方法是通过材料表面包覆，在不降低材料能量密度的同时，改善材料的内核与外壳的界面阻抗，提升倍率性能。但目前的固相材料包覆由于内核与外壳掺杂物质是两种不同类型的材料，存在包覆均匀性差，致密化度低等缺陷，为解决此缺陷现采用化学沉积法通过化学反应并在其表面进行化学沉积材料，具有沉积均匀性好、过程可控、掺杂均匀等优点，并根据要求，可以沉积不同厚度、不同种类物质以提升材料的功率、循环、高温及其能量密度，灵活性强，制备过程简单等优点。比如专利申请号201110374264.X公开了一种锂离子电池锡基复合负极材料的制备方法，其步骤为：(1)将金属锡粉、石墨、分散剂与水混合形成浆料；(2)喷雾造粒得颗粒；(3)将导电聚合物溶液与所述的颗粒混合，得到锡掺杂石墨复合材料，其复合材料具有400mAh/g以上的放电比容量，首次库伦效率在85％以上，虽然能量密度得到提升，但是存在首次效率低，动力学性能差及其一致性差等缺陷。

技术实现思路

>[0003]本专利技术的目的在于克服上述缺点而提供的一种能提升石墨材料的能量密度及快充性能，首次效率高，且制备过程简单、过程可控、材料来源广泛，成本低的高能量密度快充锂离子电池负极材料的制备方法。
[0004]本专利技术的一种高能量密度快充锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0005](1)将有机锡盐添加到聚合物溶液中配制成1
‑
10wt％的溶液，分散均匀后，添加石墨，超声分散，作为反应液A；将还原剂添加到有机溶剂中配制成1
‑
10wt％的溶液B；其中有机锡盐：还原剂：石墨质量比＝1
‑
10:1
‑
10：100；
[0006](2)将反应液A转移到不锈钢反应釜中，升温到50
‑
100℃，抽真空到真空度为
‑
0.1Mpa后加入溶液B，在搅拌状态下反应1
‑
6h，过滤，滤渣真空干燥，得到锡基材料掺杂石墨材料；
[0007](3)将锡基材料掺杂石墨材料转移到反应釜中，并通过气体雾化法，采用浓盐酸、浓硝酸、浓硫酸中的一种，在温度30
‑
100℃，压力为1
‑
10MPa对锡基材料掺杂石墨材料进行刻蚀30
‑
300min，去离子水洗涤到Ph＝7、80℃真空干燥24h，800℃碳化3h，得到多孔锡无定形碳包覆石墨复合材料即得。
[0008]所述步骤(1)中有机锡盐为甲磺酸锡、2
‑
羟基乙磺酸锡、2
‑
羟基丙磺酸锡，二甲基
锡、二辛基锡、四苯基锡或草酸亚锡中的一种；聚合物为丁二醇、乙二醇、2
‑
丙二醇、丙三醇或季戊四醇中的一种。
[0009]所述步骤(2)中还原剂为水合肼，溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、正丁醇或苯甲醇中的一种。
[0010]所述步骤(3)中硫酸蒸汽中硫酸浓度为20
‑
80wt％，硝酸蒸汽中硝酸浓度为50
‑
80wt％，盐酸蒸汽中盐酸浓度为20
‑
37wt％。
[0011]本专利技术与现有技术相比，具有明显有益效果，从以上技术方案可知：本专利技术通过氧化还原化学沉积法在石墨表面沉积得到锡基材料掺杂石墨材料，依靠其锡的电子导电率的特性，降低阻抗，由于该氧化还原化学沉积法具有沉积均匀、致密度高、过程可控等优点，且锡基化合物通过聚合物的混合，可以使锡基化合物均匀分散。聚合物碳化后留下的孔洞提升了材料的吸液保液性能，且锡与锂形成的合金比碳与锂形成的LiC6消耗较少的锂离子，使其形成SEI膜消耗较少的锂离子，从而提升了首次效率。本专利技术通过气体雾化法对石墨表面包覆的锡基化合物进行刻蚀得到多孔锡基化合物包覆石墨材料，可以实现材料表面刻蚀，增加了充放电过程中材料的锂离子嵌脱通道，从而提升材料的动力学性能。同时，多孔锡基化合物含有锡化合物和无定形碳，产生协同作用，利用多孔锡化合物的电子导电性和多孔结构提升保液，并提升材料的离子导电性。无定形碳具有加工性能好，且锡化合物是通过氧化还原反应，使锡化合物掺杂包覆在石墨表面具有结构稳定，掺杂均匀性好等特性。同时，制备过程简单、过程可控、材料来源广泛，成本低，适合产业化生产。
附图说明
[0012]图1为实施例1制备出的多孔锡无定形碳包覆石墨复合材料。
具体实施方式
[0013]实施例1
[0014]一种高能量密度快充锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0015](1)将5g甲磺酸锡添加到100g丁二醇溶液中配制成5wt％的浓度，分散均匀后，添加100g人造石墨，超声分散，作为反应液A；将5g水合肼添加到100g乙醇熔剂中配制成质量浓度5wt％的溶液B；
[0016](2)将反应液A转移到不锈钢反应釜中，升温到80℃，抽真空到真空度为
‑
0.1Mpa后加入溶液B，在搅拌状态下反应3h，过滤，滤渣80℃真空干燥24h，得到锡基材料掺杂石墨材料；
[0017](3)将锡基材料掺杂石墨材料转移到反应釜中，并通过气体雾化法，采用浓盐酸(质量浓度30％)，在温度50℃，压力为5MPa对锡基材料掺杂石墨材料进行刻蚀300min，洗涤、80℃真空干燥24h，800℃碳化3h，得到多孔锡无定形碳包覆石墨复合材料即得。
[0018]实施例2
[0019]一种高能量密度快充锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：
[0020](1)将1g 2
‑
羟基乙磺酸锡添加到100g 2
‑
丙二醇溶液中配制成1wt％的溶液，分散均匀后，添加100g人造石墨，超声分散，作为反应液A；将10g水合肼添加到100g甲醇有机熔剂中配制成质量浓度10wt％的溶液B；
[0021](2)将反应液A转移到不锈钢反应釜中，升温到50℃，抽真空到真空度为
‑
0.1Mpa后加入溶液B，在搅拌状态下反应6h，过滤，滤渣80℃真空干燥24h，得到锡基材料掺杂石墨材料；
[0022](3)将锡基材料掺杂石墨材料转移到反应釜中，并通过气体雾化法，采用浓硝酸(质量浓度60％)，在温度30℃，压力为10MPa对锡基材料掺杂石墨材料进行刻蚀300min，洗涤、80℃真空干燥24h，800℃碳化3h，得到多孔锡无定形碳包覆石墨复合材料即得。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高能量密度快充锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将有机锡盐添加到聚合物溶液中配制成1
‑
10wt%的溶液，分散均匀后，添加石墨，超声分散，作为反应液A；将还原剂添加到有机溶剂中配制成1
‑
10wt%的溶液B；其中有机锡盐：还原剂：石墨质量比=1
‑
10:1
‑
10：100；（2）将反应液A转移到不锈钢反应釜中，升温到50
‑
100℃，抽真空到真空度为
‑
0.1Mpa后加入溶液B，在搅拌状态下反应1
‑
6h，过滤，滤渣真空干燥，得到锡基材料掺杂石墨材料；（3）将锡基材料掺杂石墨材料转移到反应釜中，并通过气体雾化法，采用浓盐酸、浓硝酸、浓硫酸中的一种，在温度30
‑
100℃，压力为1
‑
10MPa对锡基材料掺杂石墨材料进行刻蚀30
‑
300min，去离子水洗涤到Ph=7、80℃真空干燥24h，800℃碳化3...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志鹏，
申请(专利权)人：晖阳贵州新能源材料有限公司，
类型：发明
国别省市：