[發(fā)明專利]用于鋰離子電池的礦物/碳/熱解碳負(fù)極材料的制備方法

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• 申請日: 2018-12-10
• 公開（公告）號: CN109638249A
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊建文;朱榮貴;朱佳佳;王陸陽;陸劍雄;黃斌
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林理工大學(xué)
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M10/0525
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本發(fā)明公開了一種用于鋰離子電池的鋅精礦/碳/熱解碳負(fù)極材料的制備方法。將鋅精礦粉碎至微納米粒度，與占其質(zhì)量比為0.5～5％的碳素材料球磨，再與有機(jī)化合物原位熱解碳復(fù)合，得鋰離子電池用鋅精礦/碳/熱解碳負(fù)極材料。將鋅精礦/碳/熱解碳負(fù)極材料與乙炔黑、PVDF按質(zhì)量比8︰1︰1配制制作電極，組裝半電池。電化學(xué)測試表明，鋅精礦/碳/熱解碳負(fù)極材料的電化學(xué)反應(yīng)可逆性較好，首次放電比容量達(dá)932.1mAh/g以上，第20次循環(huán)時放電比容量在713.5mAh/g以上。本發(fā)明采用球磨和原位熱解方法制備的鋅精礦/碳/熱解碳復(fù)合材料具有較好的電化學(xué)儲鋰性能，是很有發(fā)展前景的高性能鋰離子電池負(fù)極材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰離子電池負(fù)極材料，特別是用于鋰離子電池的礦物/碳/熱解碳負(fù)極材料的制備方法。

背景技術(shù)

鋰離子電池具有高電壓、高比能、長壽命等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于小型便攜式電子產(chǎn)品。隨著電動汽車、儲能領(lǐng)域?qū)︿囯姵匦枨蟮脑鲩L，高能量密度、高安全、低成本等性能成為鋰離子電池發(fā)展的主要方向。商業(yè)鋰離子電池目前使用的負(fù)極活性材料有碳素、硅碳、鈦酸鋰等，但碳素、硅碳負(fù)極材料存在安全隱患，鈦酸鋰負(fù)極材料因理論比容量較低、成本高而限制了其應(yīng)用范圍。因此，研究開發(fā)具有高比容量、高安全、低成本等性能的新型負(fù)極材料仍然是鋰離子電池發(fā)展的重要課題。

天然鋅精礦用于電化學(xué)儲鋰表現(xiàn)出比容量高、安全性好(脫嵌鋰電位1.2V vs.Li/Li⁺)、回收價值高、資源豐富等特性，因而有望發(fā)展成為一種較理想的新型高性能鋰離子電池負(fù)極活性材料。但是，鋅精礦的電子導(dǎo)電性較差，并且在充放電過程中存在粉化、變形等現(xiàn)象。將碳素材料與鋅精礦球磨復(fù)合可以有效提高其電化學(xué)性能，但是鋅精礦的充放電穩(wěn)定性還不能達(dá)到實際應(yīng)用的要求，因而仍然需要進(jìn)一步研究提高其綜合電化學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是將鋅精礦/碳素與有機(jī)化合物熱解碳復(fù)合，以提高其用作鋰離子電池負(fù)極活性材料的電化學(xué)性能。

具體步驟為：

(1)將取自選礦廠的鋅精礦進(jìn)一步研磨粉碎，接著以鋅精礦質(zhì)量的0.5～5％加入碳素材料充分研磨，得鋅精礦/碳復(fù)合物。

(2)將步驟(1)所得鋅精礦/碳復(fù)合物分散于占其質(zhì)量百分比5％～15％的濃度為1％～25％的有機(jī)化合物水溶液中，用恒溫磁力攪拌器在80℃下攪拌蒸干，繼續(xù)在預(yù)設(shè)80℃的烘箱中干燥8小時以上，取出研磨，置于通氬氣的管式爐中在600℃焙燒4～12小時，自然冷卻至室溫后取出，得到鋅精礦/碳/熱解碳負(fù)極材料。

(3)按8︰1︰1質(zhì)量比稱取步驟(2)所得鋅精礦/碳/熱解碳復(fù)合負(fù)極材料、乙炔黑、聚偏二氟乙烯(PVDF)粘結(jié)劑置于瑪瑙研缽中研磨混合，滴加混合料質(zhì)量0.5～5倍的分析純N-甲基吡咯烷酮(NMP)并充分研磨至均勻漿料，均勻涂布于銅箔表面并在真空烘箱中于80℃下干燥8～10小時，沖片，稱重，得到鋅精礦/碳/熱解碳負(fù)極材料電極片，然后與金屬鋰片、Celgard2400隔膜、l moL/L LiPF₆的EC+EMC+DMC(體積比為l︰l︰l)溶液組裝紐扣電池，并測試其循環(huán)伏安和充放電性能。

所述鋅精礦原料為符合國家有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)品級的鋅精礦產(chǎn)品。

所述碳素材料為石墨、膨脹石墨、碳納米管、碳纖維、活性炭、石墨烯和Super-P碳中的一種。

所述有機(jī)化合物為葡萄糖、淀粉、檸檬酸、聚乙烯醇和PEDOT中的一種。

采用球磨和原位熱解有機(jī)物的復(fù)合方法可以容易地制備鋅精礦/碳/熱解碳負(fù)極材料，有效提高材料的電化學(xué)性能。同時，有機(jī)化合物熱解碳來源廣泛，能夠在分子層面原位生成結(jié)合緊密的復(fù)合材料，為鋅精礦儲鋰性能的充分優(yōu)化提供了可能，有望推動鋅精礦用作鋰離子電池負(fù)極材料的實用化。

附圖說明