[發明專利]預嵌鋰硬炭材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201611239051.5
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN107644980B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 張翔;范長嶺;韓紹昌
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 張麗娟

1.一種提高首次庫倫效率的鋰離子電池用預嵌鋰硬炭材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、將硬炭活性材料、粘結劑、導電劑混合，加入溶劑攪拌均勻后得漿料，將漿料涂覆于銅箔上，干燥后制得初始硬炭材料；

S2、在惰性氣體保護氛圍下，添加電解液于初始硬炭材料上直至電解液浸濕初始硬炭材料的表面，隨后將金屬鋰片直接完全覆蓋于初始硬炭材料上進行預嵌鋰反應，經過一定的反應時間t，移除金屬鋰片，得預嵌鋰硬炭材料，15min≤t≤120 min；

所述步驟S2中電解液中鋰鹽的摩爾濃度比為0.5 mol/L～1.5 mol/L，所述步驟S1中硬炭活性材料、粘結劑、導電劑的質量比為8～9∶0.5～1∶0.5～1。

2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中硬炭活性材料為硬炭/石墨烯復合材料，所述粘結劑為聚偏氟乙烯或羧甲基纖維素，所述導電劑為Super P、乙炔黑、導電碳黑或碳納米管的一種或多種，所述溶劑為N-甲基吡咯烷酮或水。

3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S2中電解液中溶劑為碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸二丙酯的一種或多種，電解液中鋰鹽為LiPF₆、LiBOB、LiSO₃CF₃、LiBF₄、LiAsF₆、Li(CF₃SO₂)₂N、LiC(CF₃SO₂)₃中的一種或多種。

4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述硬炭/石墨烯復合材料由以下步驟制備而成：

S1-1、將Hummers方法制得的氧化石墨烯和硬炭按照質量比為0.1～0.3∶1加入到100mL~150 mL含乙醇的水溶液中混合得懸浮液Ⅰ；

S1-2、向懸浮液Ⅰ中加入聚乙烯吡咯烷酮在室溫下攪拌得懸浮液Ⅱ；

S1-3、將懸浮液Ⅱ過濾干燥后所得混合物置于惰性氣體保護氛圍下，以10 ℃/min的速率升溫至800 ℃～1100 ℃并保溫1 h，得硬炭/石墨烯復合材料。

5.一種根據權利要求1 至4 任一項所述的制備方法制得的預嵌鋰硬炭材料，其特征在于所述預嵌鋰硬炭材料中鋰的質量百分比為0～10 %，不包括0。

6.一種根據權利要求1 至4 任一項所述的制備方法制得的預嵌鋰硬炭材料在鋰離子電池中的應用，其特征在于，將預嵌鋰硬炭材料與正極材料、隔膜和電解液組裝成鋰離子全電池。

7.根據權利要求6所述的應用，其特征在于，所述正極材料為鎳鈷錳三元電池材料、鎳鈷鋁三元電池材料、鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、錳酸鋰的一種。