[發明專利]一種鋰離子電池負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710388348.6
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107311140B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 朱才鎮;邱昭政;林葉茂;韓沛;江靖;楊波;徐堅
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/36;H01M10/0525;H01M4/587
• 代理公司: 深圳市恒申知識產權事務所(普通合伙) 44312
• 代理人: 王利彬

本發明提供一種鋰離子電池負極材料的制備方法，涉及電池材料制備技術領域。該方法包括：將半胱氨酸在氧化劑存在下聚合，得胱氨酸聚合物，將該胱氨酸聚合物與氮源和硫源混合，得混合物，將混合物在240?630℃的惰性氣氛下碳化，獲得鋰離子電池負極材料，該氮硫源中氮源與硫源的比例為1:0.5?3。上述方法工藝簡單、成本低廉，適合產業化生產，另外，胱氨酸聚合物、氮源和硫源的比例以及碳化溫度可以控制氮和硫的摻雜比例，氮/硫的共摻雜使得制備得到無定形多孔炭負極材料的比容量和循環性都得到了顯著提高。

技術領域

本發明屬于電池材料制備領域，尤其涉及一種鋰離子電池負極材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池是目前最重要的便攜式電子設備和電動車供電裝置，隨著便攜式電子設備的普及，電動汽車、智能電網時代的到來，對鋰離子電池的需求越來越多。電極材料是鋰離子電池的主要組成部分，電極材料的優劣直接影響鋰離子電池的性能的優劣，如比容量、電壓、循環性能或倍率性能等。目前，對于鋰離子電池電極材料的研究主要集中于正極材料，對負極材料的研究相對較少。事實上，合適的負極材料可以使鋰離子電池性能更加穩定，因此，尋找合適的負極材料對鋰離子電池技術的發展至關重要。

目前，商業化采用的負極材料主要還是石墨類碳材料，但其較低的理論比容量(372mA h g^-1)嚴重制約鋰離子電池能量密度的進一步提高。因此，新能源市場迫切需要開發新型的負極材料。其中新型的碳基材料仍然是目前最有潛力的鋰離子電池負極材料。為提高鋰離子電池負極性能，通常需要對負極材料進行雜原子摻雜。其中，N/S共摻雜是繼N摻雜和S摻雜等單一雜原子摻雜后，利用雙原子摻雜的協同效應來提高鋰離子電池儲鋰容量和倍率性能的又一個重要手段。這種方法不僅利用N摻雜提高碳材料的缺陷位和導電性，而且借助S摻雜后使得碳層間距在增加，有利于儲鋰容量的提高和鋰離子在碳層間的嵌入-脫嵌，有利于鋰離子電池的倍率性能的提高。

但是，利用現有技術制備N、S共摻雜碳時，需要采用諸如化學氣相沉積(CVD)的合成工藝、以氧化石墨烯(GO)為材料制備3D石墨烯材料或利用金屬Ni作為模板制備中空的類石墨納米球，制作工藝復雜，制作成本高，只能在實驗室規模實現，難以產業化。另外，現有的制備工藝N、S摻雜水平過低，摻雜量不可控，導致制備的負極材料比容量偏低，循環性能差。

發明內容

本發明提供一種鋰離子電池負極材料的制備方法，旨在解決現有的鋰離子電池負極材料的制備方法工藝復雜，制作成本高，難以實現產業化的問題，以及改善現有的制備方法N、S摻雜水平低，摻雜量不可控，制備的材料比容量低、循環性差的問題。

本發明提供的一種鋰離子電池負極材料的制備方法，所述方法包括：

將半胱氨酸在氧化劑存在下聚合形成胱氨酸；

將所述胱氨酸聚合物、氮源和硫源混合，得混合物；

將所述混合物在240-630℃的惰性氣氛條件下碳化，獲得所述鋰離子電池負極材料；

其中，所述胱氨酸、氮源和硫源的摩爾比為2:1～2:0.5～3。

本發明提供的一種鋰離子電池負極材料的制備方法，通過將胱氨酸、氮硫和硫源混合后碳化，得到鋰離子電池的負極材料，工藝簡單、成本低廉，適合產業化生產。在制備過程中，通過控制胱氨酸、氮源和硫源的比例以及碳化溫度可以控制氮和硫的摻雜比例，使得制備得到無定形多孔碳負極材料的比容量和循環性都得到了顯著提高。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例。

圖1是本發明提供的一種鋰離子電池負極材料的制備方法的實現流程示意圖；