[發明專利]絲瓜絡生物質碳負載紅磷的鋰離子電池負極材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010043564.9
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111211308A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發明（設計）人: 謝東;傅豪;鄺嘉杰;張敏;柳鵬;王壽山;程發良
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 浙江專橙律師事務所 33313
• 代理人: 陳飛

本發明公開了絲瓜絡生物質碳負載紅磷鋰離子負極材料及其制備方法，所述本發明是通過以紅磷與絲瓜絡生物質碳為原料，通過將絲瓜絡生物質碳處理以后以一定的比例與紅磷混合，然后隔絕氧氣進行高溫煅燒得到紅磷與生物質碳復合電池負極材料，根據本發明，生物質碳材料擁有成本低廉、碳化操作簡單等天然優勢，并且生物質碳材料孔隙結構豐富、生物質碳材料比表面積大、且生物質碳材料前驅體表面具有含氧活性基團等優點，經過高溫碳化后的生物質碳與紅磷復合電池負極材料不僅克服了紅磷導電性較差的缺點，而且又利用生物質碳表面多孔的結構，有效緩沖紅磷在充放電過程中的體積膨脹問題。

技術領域

本發明涉及一種鋰離子電池負極材料領域，具體是絲瓜絡生物質碳負載紅磷鋰離子負極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為重要的能源存儲系統中的一種，已經廣泛應用于各種電子設備中，如移動電話，便攜式計算機等等。鋰離子電池主要具有工作電壓高、比容量大、循環壽命長等優點。目前，商業鋰離子電池已經取得巨大的成功，但低容量和倍率性能較差仍然較大程度上限制了它的進一步發展，廣泛地探索擁有高能量密度和優異的倍率性能的負極材料仍然是其重要的發展方向。

在合金轉化型儲鋰的負極材料中，紅磷(Red P)具有其2596mAh·g^-1高的理論容量備受關注。但是，紅磷的電導率較低，并且嵌鋰后紅磷體積膨脹所產生的應力變化極易破壞電極結構，導致其循環穩定性差，容量不高，阻礙了其進一步的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供絲瓜絡生物質碳負載紅磷鋰離子負極材料及其制備方法，通過制備絲瓜絡生物質碳負載紅磷鋰離子負極材料，利用紅磷理論比容量以及高溫碳化處理的生物質碳導電性與多孔隙結構，達到制備比容量大，導電性及循環性優良的電池負極材料的目的，以解決紅磷的電導率較低，并且嵌鋰后紅磷體積膨脹所產生的應力變化極易破壞電極結構，導致其循環穩定性差，容量不高等問題，其技術方案如下：

所述絲瓜絡生物質碳負載紅磷鋰離子負極材料及其制備方法，具體包括以下步驟：

(1)剪切絲瓜絡，預處理去除雜質，得到純凈的絲瓜絡，純凈的絲瓜絡干燥后充分研磨并稱重，得到混合絲瓜絡生物質前驅體；

(2)稱取紅磷，按照一定質量比混合得到的絲瓜絡生物質前驅體并進一步研磨；

(3)將絲瓜絡生物質前驅體與紅磷混合物置于管式爐并通入氣體保護，將絲瓜絡生物質前驅體與紅磷混合物進行高溫滲磷；

(4)管式爐降溫至一定溫度且保溫一段時間；

(5)管式爐自然冷卻至室溫后取出，即得絲瓜絡生物質碳負載紅磷復合材料；

(6)將絲瓜絡生物質碳負載紅磷復合材料、導電劑乙炔黑、粘結劑聚偏氟乙烯(PVDF)按一定質量比研磨混合均勻，然后加入N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶劑并攪拌混合均勻得到電池漿料；所述將電池漿料分別滴涂在切好的泡沫鎳上并干燥，泡沫鎳上沖壓成電極片作為鋰離子電池的電極；泡沫鎳上的電池漿料及所得到的絲瓜絡生物質碳負載紅磷鋰離子負極材料；

所述本發明所得到的紅磷與絲瓜絡生物質碳復合電池負極材料的結構、形貌和性質是采用X-射線粉末衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)、拉曼光譜儀(Raman)等手段進行表征；本發明以鋰片為對電極，組裝鋰離子電池衡量該負極材料的儲鋰電化學性能；將組裝好的鋰離子電池靜置24h后進行恒電流充放電測試，充放電電壓范圍為0.01-3.0V，在25±1℃環境中循環其充放電循環穩定性及倍率特性。

作為本發明進一步的方案：所述步驟(1)中的絲瓜絡生物質與紅磷混合研磨后顆粒大小控制在60目以上。

作為本發明進一步的方案：所述步驟(2)中的管式爐內的氣體為氬氣。