[發明專利]聚吡咯包覆硬碳負極材料及制備方法

無效

• 申請號: 201410651767.0
• 申請日: 2014-11-17
• 公開（公告）號: CN104409689A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 師春生;張遠航;趙乃勤;劉恩佐;何春年
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01M4/137
• 分類號: H01M4/137;H01M4/133;H01M4/1393;H01M4/1399
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

技術領域

本發明涉及一種聚吡咯包覆硬碳負極材料及制備方法，屬于鋰離子電池負極材料的制備技術。

背景技術

隨著能源危機和環境污染愈發嚴重，針對新能源的研究與開發成為解決這些問題的重要途徑。作為一種新型電化學電池，鋰離子電池具備大容量、快速充放電、較長的使用壽命、較優異的安全性能和無毒性的特點，成為新能源二次電池尤其是動力電池的有力競爭者。作為一種常用的鋰離子電池負極材料，碳材料以其成本低、制備工藝簡單、循環穩定性好等優點占據了鋰離子電池負極材料市場的主要地位。與石墨相比，硬碳負極材料具備制備溫度更低、安全性較好、易與其他負極材料形成負極材料的優點。然而，碳材料的理論比容量僅372?mAh/g，越發不能滿足動力電池對高能量密度的需求。因此制備聚吡咯包覆硬碳負極材料，利用聚吡咯高分子包覆層提高硬碳材料的電子導電性和離子導電性，提高硬碳材料的理論比容量，制備新型鋰離子電池負極材料，具有重要意義。

發明內容

本發明目的在于提供一種聚吡咯包覆硬碳負極材料及制備方法，該方法在于工藝穩定，且制得的聚吡咯包覆硬碳負極材料具有良好的電化學性能。

本發明是通過以下技術方案實現的。一種聚吡咯包覆硬碳負極材料，其特征在于，該聚吡咯包覆硬碳負極材料的組成是以是粒徑為100-200?nm的硬碳球為基體，基體上包覆聚吡咯，包覆層是10-20?nm，聚吡咯占負極材料中的質量分數為25-45%。

上述結構的聚吡咯包覆硬碳負極材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

1）將無水葡萄糖加入到去離子水中，配制成濃度為1.5-2.5?mol/L的葡萄糖水溶液，先后經過超聲分散和磁力攪拌，得到混合的葡萄糖水溶液，將該葡萄糖水溶液轉移至水熱反應釜內，在溫度150℃-180℃下反應8-12?h，用冷水降溫至室溫，反應產物先后用無水乙醇和去離子水抽濾洗滌至洗滌液澄清透明，隨后在溫度-40℃至-50℃進行冷凍干燥，將冷凍干燥后的前驅體置于管式爐中，在全程通入Ar保護條件下，以10℃/min的升溫速率升溫至600℃-1000℃，保溫6-10h，然后，冷卻到室溫得到粒徑為100-200?nm的多孔硬碳球材料；

2）將步驟1）所得硬碳材料與吡咯單體按照質量比為（0.5-2）:1加入去離子水中，經過超聲分散和磁力攪拌得混合溶液，在0-15℃下繼續攪拌，配制0.5-1.5?mol/L的FeCl₃溶液，按照混合溶液中吡咯與FeCl₃·6H₂O的摩爾比1:1將FeCl₃·6H₂O溶液逐滴滴加到混合溶液中，使溶液充分反應，將反應產物先后用無水乙醇和去離子水抽濾洗滌，直至洗滌液澄清無色，在-40℃至-50℃下冷卻干燥后得到聚吡咯包覆硬碳負極材料。

本發明具有以下優點和效果：制備工藝簡單穩定，重復性好。所得聚吡咯包覆硬碳負極材料，硬碳基體外完整的包覆著高分子聚吡咯導電膜，硬碳基體上的表面官能團和缺陷使得聚吡咯和硬碳牢固結合。導電高分子聚吡咯包覆層的加入有效提高了負極材料的導電率和活性材料利用率，從而提高了負極材料的比容量。

附圖說明

圖?1為本發明實施例?1制得的聚吡咯包覆硬碳負極材料的掃描電鏡照片。

圖?2為本發明實施例?1制得的聚吡咯包覆硬碳負極材料的透射電鏡宏觀照片。

圖?3為本發明實施例?1制得的聚吡咯包覆硬碳負極材料的高分辨率透射微觀照片。

圖?4?為本發明實施例?1?制得的聚吡咯包覆硬碳負極材料的循環性能曲線。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步描述，這些實施例只是用于說明本發明，并不限制本發明。

實施例?1

稱取?21.4g?無水葡萄糖溶解在70mL?去離子水中，經過30?min超聲分散和30?min磁力攪拌后得到混合的葡萄糖水溶液。將混合溶液轉移到水熱反應釜內，將水熱反應釜置于烘箱中。升溫至160℃，保溫10h。水熱反應結束后將反應釜用冷水迅速降溫。水熱產物用無水乙醇和去離子水各抽濾洗滌三遍，隨后置于冷凍干燥機中進行-46℃冷卻干燥。將凍干后的前驅體平鋪于方舟中，將方舟置于管式爐恒溫區。首先通入Ar（50?mL/min）排除管式爐內空氣，通氣時間為15?min，隨后以10?℃/min升溫至800℃，保溫8h進行碳化處理。反應結束后在Ar保護下冷卻至室溫，得到多孔硬碳球材料0.6g。