[發(fā)明專利]一種鋰離子電池碳納米管復(fù)合補鋰材料及其制備方法與應(yīng)用在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201910942302.3 | 申請日： | 2019-09-30 |
| 公開（公告）號： | CN110729468A | 公開（公告）日： | 2020-01-24 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 張立君;陳慧龍;段恒志;王建軍;王念貴;王瑛 | 申請（專利權(quán)）人： | 山東玉皇新能源科技有限公司 |
| 主分類號： | H01M4/38 | 分類號： | H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/42;B82Y30/00 |
| 代理公司： | 11716 北京君慧知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) | 代理人： | 王寬 |
| 地址： | 274000 山東省*** | 國省代碼： | 山東;37 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 碳納米管纖維 鋰材料 金屬鋰 鋰離子電池 電池循環(huán) 包覆 制備 首次充放電效率 復(fù)合 持續(xù)提供 靜電紡絲 碳納米管 復(fù)合物 質(zhì)量比 鋰補充 碳層 電池 纖維 脫離 應(yīng)用 | ||
本發(fā)明提供了一種鋰離子電池碳納米管復(fù)合補鋰材料及其制備方法與應(yīng)用，所述補鋰材料包括質(zhì)量比為1：0.7～35的碳納米管纖維和金屬鋰顆粒的復(fù)合物，所述金屬鋰顆粒均勻地分布于碳納米管纖維的內(nèi)部及表面，分布于碳納米管纖維表面的所述金屬鋰顆粒還包覆有碳層。本發(fā)明補鋰材料以碳納米管纖維為載體，其內(nèi)部和表面均分散有金屬鋰顆粒，部分鋰包覆在纖維內(nèi)，避免了電池循環(huán)過程中表面的碳脫離碳納米管纖維表面，造成死鋰的現(xiàn)象，可在電池循環(huán)過程中持續(xù)提供鋰補充，進而提高電池的首次充放電效率、循環(huán)保持率和能量密度。本發(fā)明采用靜電紡絲制備復(fù)合補鋰材料，所得鋰離子電池補鋰材料的性能穩(wěn)定，工藝簡單，易于實現(xiàn)。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于鋰離子電池領(lǐng)域，尤其涉及一種鋰離子電池碳納米管復(fù)合補鋰材料及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)
鋰離子電池具有工作電壓高、比能量大、體積小、質(zhì)量輕、循環(huán)壽命長等特點，使其成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展競爭的焦點。隨著鋰離子電池在便攜式電子設(shè)備、電動自行車和電動汽車領(lǐng)域的不斷發(fā)展，其對鋰離子電池能量密度等性能的要求越來越高。
在鋰離子電池首次充放電過程中，電極材料會與電解液在固液相界面發(fā)生反應(yīng)并形成固體電解質(zhì)膜(SEI膜)鈍化膜，大量消耗活性鋰離子，從而造成首次不可逆庫倫效率低下，降低了電池的能量密度及性能的發(fā)揮。在負極材料中添加鋰金屬或含鋰化合物可以補充鋰離子電池首次充放電消耗的鋰離子，提高電池的首次效率，同時補充由形成SEI膜消耗的鋰，提高鋰離子的傳輸速率，并提高電池的循環(huán)性能。
目前常見的補鋰方式有原位摻雜補鋰、電化學(xué)補鋰及化學(xué)預(yù)補鋰法，然而上述方法均對環(huán)境要求高且存在易燃等安全隱患，限制了各個方法的進一步推廣應(yīng)用。
現(xiàn)有技術(shù)CN110010860A提供了一種用于鋰離子電池的復(fù)合負極材料，包括硅/碳納米管復(fù)合纖維布以及形成在其表面的碳層，但該材料中不含鋰離子，因此盡管該材料具有較高的循環(huán)后容量剩余率，但無法起到補鋰效果。CN109301188A公開了一種高分散的鋰離子電池補鋰材料，該補鋰材料為表面均勻的分散有金屬鋰粒子的石墨烯片；所述的金屬鋰粒子的表面包覆有碳層；該鋰離子電池補鋰材料能夠明顯地提高鋰離子電池的首次充放電效率和電池的循環(huán)性能，但由于金屬鋰顆粒全部分布在石墨烯的表面，片狀石墨烯表面的鋰可能會在循環(huán)過程中粉碎脫離石墨烯表面，造成死鋰，大大降低了該材料的有效性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述問題，提供一種鋰離子電池碳納米管復(fù)合補鋰材料及其制備方法與應(yīng)用，該補鋰材料以碳納米管纖維為載體，其內(nèi)部和表面均分散有金屬鋰顆粒，部分鋰是包覆在纖維內(nèi)的，可在電池循環(huán)過程中持續(xù)提供鋰補充。
一方面，本發(fā)明提供了一種鋰離子電池碳納米管補鋰材料，所述補鋰材料包括質(zhì)量比為1：0.7～35的碳納米管纖維和金屬鋰顆粒的復(fù)合物，所述金屬鋰均勻分布于碳納米管纖維的內(nèi)部及表面，分布于碳納米管纖維表面的所述金屬鋰還包覆有碳層。
進一步的，碳納米管纖維和金屬鋰顆粒的質(zhì)量比為1：1～10，優(yōu)選的，碳納米管纖維和金屬鋰顆粒的質(zhì)量比1:7。
另一方面，本發(fā)明還提供了所述的鋰離子電池碳納米管補鋰材料的制備方法，其包括以下步驟：
(1)惰性氣氛下，將碳納米管加入烷烴溶劑中，得到碳納米管分散液；
(2)惰性氣氛下，在有機鋰溶液中加入步驟(1)得到的碳納米管分散液，分散均勻，得到紡絲液；
(3)將步驟(2)得到的紡絲液進行靜電紡絲處理，得到紡絲物；
(4)將步驟(3)得到的紡絲物，以烷烴氣體為碳源，高溫煅燒進行包碳，即得所述復(fù)合補鋰材料。
進一步的，步驟(1)中，惰性氣氛為氮氣、氬氣中的一種或其組合。
所述碳納米管加入烷烴溶劑中，依次進行超聲分散、磁力攪拌。
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