[發(fā)明專利]一種氮摻雜的硬碳鋰離子電池負極材料及其制備方法及鋰離子電池負極片和鋰離子電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910161153.7
• 申請日: 2019-03-04
• 公開（公告）號: CN109768218A
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發(fā)明（設計）人: 王康彥;金源;牛麗媛;郭永斌;夏妍;閆濤;陳偉
• 申請（專利權）人: 浙江眾泰汽車制造有限公司
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525;H01M10/058
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 尹婷婷

本發(fā)明公開了一種氮摻雜的硬碳鋰離子電池負極材料及其制備方法及鋰離子電池負極片和鋰離子電池，將生物質碳源經(jīng)水熱處理，再與氯化膽堿型離子液體按比例均勻混合后，先進行預處理，然后高溫碳化獲得摻雜氮元素的生物質碳材料，可應用于鋰離子電池負極材料。本發(fā)明中所采用的前驅體是生物質與氯化膽堿型離子液體均勻混合物，前驅體無毒，對環(huán)境友好；本發(fā)明方法采用的原料普通易得，制備工藝簡單易行，本發(fā)明方法中涉及的反應體系成分簡單，配置方便，操作簡單，對設備要求低且不受地域限制，適合大規(guī)模工業(yè)生產。

技術領域

本發(fā)明屬于材料及化學電源技術領域，具體涉及一種氮摻雜的硬碳鋰離子電池負極材料及其制備方法及鋰離子電池負極片和鋰離子電池。

背景技術

新型高能化學電源技術的快速發(fā)展，也對電池材料提出了更高的要求，高能量密度、高功率密度、低成本、對環(huán)境友好的新型電池材料是現(xiàn)在以及未來的研究重點。鋰離子電池的負極材料是提高鋰離子電池可逆容量與循環(huán)壽命的關鍵因素。目前，碳材料是商品化的鋰離子電池的主要負極材料。但是碳材料的儲鋰能力較低，理論比容量為372mAh/g，限制了鋰離子電池容量的進一步提高。

硬碳又稱難石墨化炭，是高分子聚合物的熱解炭，由固相直接炭化形成，并在超過2500℃的高溫條件下也難以石墨化。硬碳負極材料具有高比容量、充放電循環(huán)性能優(yōu)良、利于快速充放電、清潔環(huán)保、成本低等優(yōu)點，滿足動力電池對負極材料高容量、長壽命、快速充放電的要求，而成為當前研究的熱點。

傳統(tǒng)的硬碳負極制備方法比較繁瑣，需要額外對硬碳造孔、修飾等改性處理，并且采用的化學品對環(huán)境不友好。因此，從生產工藝控制和節(jié)能環(huán)保方面考慮，尋求一種簡便易行可控的合成方法來制備鋰離子電池碳負極材料具有重要意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明放入目的在于提供了一種氮摻雜的硬碳鋰離子電池負極材料及其制備方法及鋰離子電池負極片和鋰離子電池，該方法反應前驅體為環(huán)境友好材料，反應條件簡單可控，操作方便。

本發(fā)明采取的技術方案為：

一種氮摻雜的硬碳鋰離子電池負極材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將生物質碳源分散在去離子水中，經(jīng)水熱反應后，冷卻、清洗、干燥，即可得到碳微球固體；

(2)將氯化膽堿和氫鍵供體混合，加熱攪拌后得到離子液體；

(3)將步驟(1)得到的碳微球固體分散在步驟(2)得到的離子液體中，加熱攪拌形成凝膠狀離子液體分散液前驅體；

(4)將凝膠狀離子液體分散液前驅體經(jīng)預燒結、高溫碳化、冷卻、清洗、干燥后即可得到氮摻雜的硬碳鋰離子電池負極材料。

步驟(1)中，所述生物質碳源為蔗糖或葡萄糖中的任意一種或兩種；所述生物質碳源在去離子水中的濃度為0.1～0.4mol/L。

步驟(1)中，所述水熱反應的條件為：以1～5℃/mim的升溫速率升溫至150～220℃保溫4～12h。

步驟(2)中，所述氫鍵供體為尿素或多元醇中的任意一種或多種；所述氯化膽堿和氫鍵供體的質量之比為1:1～3。

進一步地，所述多元醇為乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丁二醇或者甘油。

步驟(2)和步驟(3)中，所述加熱攪拌是指在60～100℃攪拌1～4h；

步驟(4)中，所述的預燒結的條件為：在空氣氣氛下升溫至250～400℃，保溫2～4h；所述高溫碳化的條件為：在氬氣保護下，升溫至600～1200℃，保溫2～4h。

進一步地，所述預燒結和高溫碳化過程中的升溫的速率均為1～5℃/min,這樣可得到尺寸分布均勻的產物；如果升溫速率過快會使得鹵代膽堿快速分解，影響生成物的粒徑和均勻度。