[發明專利]一種金屬-碳的復合負極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810057247.5
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN110061199B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 劉曉劍
• 申請（專利權）人: 湖南晉燁高科股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/48;H01M4/62;H01M4/04;H01M10/0525
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 魏娟;盛武生

本發明屬于電池材料領域，具體涉及一種金屬?碳的復合負極材料的制備方法，將煙煤與金屬源混合得混合料；混合料依次經一段燒結、二段燒結和三段燒結；得到所述的復合負極材料；其中，一段燒結的溫度為300℃及以下；二段燒結的溫度為400～600℃；三段燒結的溫度為700～1200℃。本發明還包括采用所述的制備方法制得的負極材料，以及將該負極材料在制備鋰離子電池負極中的應用。本發明獨創性地采用煙煤作為原料；將該原料與金屬源配合，并在所述的特有的三段燒結機制下，可制得具有優異電學性能的電池負極材料。

技術領域

本發明涉及一種高容量鋰離子電池負極材料及其制備方法，屬于電池負極材料領域。

背景技術

鋰離子電池在能量密度、循環壽命、適用范圍及安全環保等方面具有諸多優點，是現階段極具發展前景的能量轉化與存儲器件。負極材料是影響其綜合性能的關鍵因素之一，得到了廣泛而深入的研究。目前有報道可作為鋰離子電池負極材料的種類主要包括碳材料、合金材料以及金屬氧化物材料。其中，石墨類碳是主要的商業化負極材料，性能穩定但比容量較低；合金負極材料與氧化物負極材料都具有理論容量高且安全性能好的優點，是十分有潛力的新型負極材料，但鋰離子的反復脫嵌會引起材料的體積膨脹和收縮，導致材料破碎和粉化，造成電池的首次容量損失大、循環穩定性差、倍率放電性能差等問題。

為了解決合金或金屬氧化物負極材料所存在的這些問題，現有的技術方案通常是以導電碳為緩沖骨架，將碳與合金或金屬氧化物復合起來，有效緩沖其存在的體積膨脹并提高電極導電性，改善充放電過程中的結構穩定性。此外，將材料納米化或薄膜化或制備三維多孔材料也可以在一定程度上解決其體積膨脹導致的循環性能不良的問題。

專利CN10122344A將碳納米纖維分散在鈷鹽溶液中，再加入堿溶液得到碳納米纖維-氫氧化鈷復合物，此復合物在一定氣氛下熱處理后可生成含鈷氧化物的復合負極材料。專利CN104051718A將錫的氯化物水溶液與過渡金屬氰化物水溶液混合，經過溶膠凝膠和冷凍干燥過程形成錫基氰膠體系，并以此為前驅體在空氣或氧氣氣氛下進行熱處理，得到一種三維納米多孔二氧化錫基復合氧化物。雖然目前文獻或專利中對合金類或金屬氧化物類負極材料的改性處理大多能夠有效地緩解導電性差和體積膨脹的問題，得到改善的電池電化學性能，但也存在所采用的制備工藝復雜、原材料昂貴、生產成本高等問題，不宜于實際生產和應用。

發明內容

本發明第一目的在于，提供了一種金屬-碳的復合負極材料的制備方法。

本發明的第二目的在于，提供了一種所述的制備方法制得的金屬-碳的復合負極材料。

本發明的第三目的在于，提供了所述的復合負極材料的應用。

一種金屬-碳的復合負極材料的制備方法，將煙煤與金屬源混合得混合料；混合料依次經一段燒結、二段燒結和三段燒結；得到所述的復合負極材料；其中，一段燒結的溫度為300℃及以下；二段燒結的溫度為400-600℃；三段燒結的溫度為700-1200℃。

本發明獨創性地采用煙煤作為原料；將該原料與金屬源配合，并在所述的特有的三段燒結機制下，可制得具有優異電學性能的電池負極材料。

作為優選，所述的煙煤為焦煤和/或肥煤。

所述的煙煤優選為按中國煤炭分類(GB/T5751-2009)中的焦煤和/或肥煤。研究表面，采用所述的優選的煙煤，制得的負極材料的電學性能更優異。

作為優選，所述的焦煤的無灰基揮發分含量為10％-28％，粘結指數為50-65％，膠質層最大厚度為≤25％。優選的奧阿膨脹度≤150％。

進一步優選，所述焦煤的無灰基揮發分含量為15-25％，粘結指數為55％-60％，膠質層最大厚度為15-20％。

作為優選，所述的肥煤的組分為無灰基揮發分含量為10-37％，粘結指數為≥85％，膠質層最大厚度為＞25％。