[發明專利]一種鋰離子電池負極材料及其制備方法、鋰離子電池電極片和鋰離子電池

在審

• 申請號: 201811476586.3
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109585841A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 魏英進;蘇安宇;陳崗;王春忠
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/48;H01M4/131;H01M4/134;H01M10/0525
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉奇

本發明提供了一種鋰離子電池負極材料及其制備方法、鋰離子電池電極片和鋰離子電池，屬于鋰離子電池的領域。本發明以農業廢棄物玉米秸稈為原料，依次進行燒結和鹽酸酸化，得到SiO₂前驅體；然后經鋁熱還原后，再使用鹽酸和氫氟酸酸化，得到玉米硅活性材料；將玉米硅活性材料與導電劑、粘結劑混合，得到鋰離子電池負極材料。本發明以農業廢棄物玉米秸稈為原料，來源豐富，成本低廉，經過簡單的步驟即可制備出性能優異的鋰離子電池負極材料，不僅使秸稈資源得到有效綜合利用，同時可帶來巨大的社會效益、經濟效益和生態效益。將所得鋰離子電池負極材料制備成電極片用于鋰離子電池中，所得鋰離子電池電學性能優異。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池技術領域，特別涉及一種鋰離子電池負極材料及其制備方法、鋰離子電池電極片和鋰離子電池。

背景技術

近年來，鋰離子電池由于具有能量密度高、循環壽命長且對環境友好等特點，已經逐漸成為便攜式電子設備的主流電源，并被認為是可以應用于電動汽車、混合電動汽車驅動裝置中最有前景的電源。目前，諸多領域對于鋰離子電池的需求量日益增大，帶動電芯需求量強勁增長。負極材料是決定鋰離子電池性能的關鍵因素之一。其中，硅基電極材料因其較高的理論容量(高溫4200mAh/g，低溫3590mAh/g)、環境友好、儲量豐富等特點成為下一代高能量密度鋰離子電池的負極材料。但是由于硅基材料嚴重的體積膨脹和迅速的容量衰減嚴重影響了其循環性能，因而限制了硅材料在鋰離子電池中的實際應用。

我國是秸稈生物質能源大國，每年秸稈產量約10億噸，占世界總產量的1/3，其中玉米秸稈占農作物總產量77％。但目前，由于存在缺少總體規劃布局、處理方式簡單粗放、高端化利用水平不高等問題，秸稈綜合利用率不到50％。

因此，有效利用豐富的生物質資源同時解決硅負極材料應用發展中的問題顯得尤為重要。

發明內容

有鑒于此，本發明目的在于提供一種鋰離子電池負極材料及其制備方法、鋰離子電池電極片和鋰離子電池。本發明以農業廢棄物玉米秸稈為原料制備鋰離子電池負極材料，所得鋰離子電池負極材料性能優異。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將玉米秸稈依次進行燒結和鹽酸酸化，得到SiO₂前驅體；

(2)將所述步驟(1)得到的SiO₂前驅體與鋁粉、氯化鋁混合，在氬氣環境中進行鋁熱還原反應，得到還原產物；

(3)將所述步驟(2)得到的還原產物依次使用鹽酸和氫氟酸酸化，得到玉米硅活性材料；

(4)將所述步驟(3)得到的玉米硅活性材料與導電劑、粘結劑混合，得到鋰離子電池負極材料。

優選地，所述步驟(2)中SiO₂前驅體與鋁粉、氯化鋁的質量比為1:1:10。

優選地，所述步驟(2)中鋁熱還原反應的溫度為250℃，時間為8～10h。

優選地，所述步驟(3)中鹽酸酸化的時間為10～20h，氫氟酸酸化的時間為0.5～1h。

優選地，所述步驟(4)中玉米硅活性材料、導電劑和粘結劑的質量比為6:2:2。

優選地，所述步驟(4)中導電劑為導電炭黑、乙炔黑、科琴黑中的一種或幾種，粘結劑為聚丙烯酸、羧甲基纖維素鈉、海藻酸鈉中的一種或幾種。

本發明提供了一種上述技術方案所述的制備方法得到的鋰離子電池負極材料。

本發明提供了一種鋰離子電池電極片，包括集流體和涂覆在所述集流體表面的鋰離子電池負極材料，所述鋰離子電池負極材料為上述技術方案所述的鋰離子電池負極材料。