[發(fā)明專利]一種包覆型石墨鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201711377582.5 | 申請日： | 2017-12-19 |
| 公開（公告）號： | CN108305994B | 公開（公告）日： | 2020-08-04 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 呂東生;曾環(huán)娜;陳志祥;方丹揚(yáng);何佳 | 申請（專利權(quán)）人： | 華南師范大學(xué) |
| 主分類號： | H01M4/36 | 分類號： | H01M4/36;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525 |
| 代理公司： | 廣州科粵專利商標(biāo)代理有限公司 44001 | 代理人： | 蔣歡妹;劉明星 |
| 地址： | 510631 *** | 國省代碼： | 廣東;44 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 包覆型 石墨 鋰離子電池 負(fù)極 材料 及其 制備 方法 | ||
本發(fā)明公開了一種包覆型石墨鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法，在添加表面活性劑的條件下，通過沉淀轉(zhuǎn)化法，有效地控制包覆反應(yīng)的進(jìn)行。石墨表面上包覆有一層納米級的均勻致密的磷酸鋁涂層，所述磷酸鋁涂層的質(zhì)量占石墨的質(zhì)量的比例是0.1％wt到10％wt之間。磷酸鋁保護(hù)層可以避免電解液和石墨直接接觸，同時避免溶解后的錳離子重新在石墨的表面上還原成錳金屬。這樣的包覆層就能提高錳基正極材料/石墨匹配的全電池的循環(huán)穩(wěn)定性，提高全電池的電化學(xué)性能。
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰離子電池，具體涉及一種包覆型石墨鋰離子電池負(fù)極材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
過去的十幾年以來，各類電動汽車占據(jù)市場的比重越來越大，包括混合動力電動汽車(PHEV)，純電動汽車(EV)等。鋰離子電池由于其高能量密度和高功率而成為使車輛電氣化的重要推動者。商業(yè)化鋰離子電池(LIBs)使用的是基于石墨的碳負(fù)極材料，其充放電的平臺較低，但是理論的比容量只有372mAh/g，限制了鋰離子電池的發(fā)展。自從第一次報道發(fā)現(xiàn)以來，高壓尖晶石型氧化物L(fēng)iNi0.5Mn1.5O4(LNMO)已經(jīng)成為下一代鋰離子電池正極的誘人選擇，其高工作電壓(4.75V vs Li)、高理論容量(146.7mAh/g)和三維Li+離子擴(kuò)散產(chǎn)生的優(yōu)異的速率性能使得該材料對于當(dāng)今汽車應(yīng)用特別有吸引力。錳基材料與石墨配對的組裝的全電池工作電壓高，但是容量保持率不佳。通過研究錳基正極材料/石墨全電池的容量衰退機(jī)制，可以歸結(jié)于以下三個全電池容量衰減機(jī)制：1)電解質(zhì)氧化還原產(chǎn)生副產(chǎn)物，消耗一定量的鋰離子；2)副反應(yīng)產(chǎn)物向石墨負(fù)極遷移，共同插入到石墨中，這導(dǎo)致了它的剝落；3)過渡金屬溶解(即“Mn溶解”問題)，并遷移到負(fù)極石墨的表面，造成石墨表面粗糙和鋰枝晶的形成。
發(fā)明內(nèi)容：
本發(fā)明的目的是提供一種包覆型石墨鋰離子電池負(fù)極材料，提高了全電池的循環(huán)及倍率性能。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：
一種包覆型石墨鋰離子電池負(fù)極材料，其特征在于，石墨表面上包覆有一層納米級的均勻致密的磷酸鋁涂層，所述磷酸鋁涂層的質(zhì)量占石墨的質(zhì)量的比例是0.1％wt到10％wt之間。
所述磷酸鋁涂層的厚度優(yōu)選在10nm-50nm。涂層太厚的話將阻礙鋰離子的擴(kuò)散并消耗更多的容量，而且在大的電流密度下，涂層可能會出現(xiàn)裂痕。
所述包覆型石墨鋰離子電池負(fù)極材料的制備方法，該方法包括以下步驟：
1)石墨的預(yù)處理：將石墨分散在去離子水中，加入陽離子表面活性劑，陽離子表面活性
劑濃度不能超過其臨界膠束濃度，超聲得到石墨的稀懸浮液；
2)前驅(qū)體溶液Al(OH)3的制備：以無機(jī)鋁鹽為鋁源，堿為沉淀劑，水為溶劑，調(diào)節(jié)溶液
的pH值至7-9.5，然后劇烈攪拌下老化生成無定型的Al(OH)3凝膠，得到前驅(qū)體溶液
Al(OH)3；
3)將磷酸根源溶液加入到步驟1)得到的石墨的稀懸浮液中，然后通過恒流泵緩慢的滴加步驟2)得到的前驅(qū)體溶液Al(OH)3，通過控制加入的前驅(qū)體溶液Al(OH)3溶液的滴定速度來調(diào)節(jié)pH至7-9.5，滴定后，將懸浮液在攪拌下老化3-12小時，然后，過濾經(jīng)涂覆的石墨顆粒，洗滌，干燥，在惰性氣氛下400-700℃煅燒0.5-3h，得到磷酸鋁涂層均勻包覆在石墨上的包覆型石墨鋰離子電池負(fù)極材料；其中，磷酸根源溶液中的磷酸根的物質(zhì)的量大于前驅(qū)體溶液Al(OH)3的量，石墨與無機(jī)鋁鹽的質(zhì)量比為1:0.003-1:0.5。
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