[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

本發明公開了一種預嵌鋰硬炭材料的制備方法，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Ⅰ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Ⅰ，得預嵌鋰硬炭材料，0min＜t≤120min。本發明具有操作簡便、耗時短、成本低、能提高負極材料首次庫倫效率等優點。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池硬炭負極材料領域，特別是涉及一種預嵌鋰硬炭材料及其制備方法和應用。

背景技術

由于鋰離子電池中負極材料存在較高的首次不可逆容量和低的首次庫倫效率，與正極材料組成電池后，不可避免地要損耗掉一部分正極材料中的鋰，導致鋰離子電池的可逆容量和能量密度下降明顯。因此，提高負極材料的首次庫倫效率具有重要意義。

近年來，在負極材料預先進行預嵌鋰方法被認為是一種能有效解決該問題的方法，目前，現有技術中負極材料的預嵌鋰方法主要有以下幾種：1)使用鋰離子電池正極或鋰片作為鋰源，通過外短路的方法對負極嵌鋰。如申請號為201310001315.3的中國發明專利申請公開了一種鋰離子電容器負極預嵌鋰的方法，該方法將鋰片與負極通過外部電路連接，放電1～60h實現預嵌鋰。但是，上述方法僅適用于鋰離子電容器，并且其耗時太長導致時間成本較高。2)使用金屬鋰作為鋰源，將其貼附在涂覆有活性材料的多孔銅網或銅箔的背面，注入有機電解液后組裝成鋰離子電容器。同樣地，該方法僅應用于電容器上，另外，在該方法中金屬鋰消耗完全后會留下空間，致使電容器體積比能量降低。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術存在的不足，提供一種操作簡便、耗時短、成本低、能提高負極材料首次庫倫效率的預嵌鋰硬炭材料及其制備方法，相應地，本發明還提供前述制備方法中的預嵌鋰硬炭材料在鋰離子電池中的應用。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種預嵌鋰硬炭材料的制備方法，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，0min＜t≤120min。

作為對上述技術方案的進一步改進：

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。

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。

所述步驟S2中電解液中鋰鹽的摩爾濃度比為0.5mol/L～1.5mol/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。

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加入到體積分數為含20％乙醇的水溶液中混合得懸浮液Ⅰ；