[發(fā)明專利]一種復(fù)合負(fù)極材料、負(fù)極、鋰離子電池及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010861903.4
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN111952576B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王秋君;張迪;王波;李文;李昭進(jìn);孫會蘭
• 申請（專利權(quán)）人: 河北科技大學(xué)
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 石家莊國為知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所 13120
• 代理人: 李坤

本發(fā)明具體公開一種復(fù)合負(fù)極材料、負(fù)極、鋰離子電池及制備方法。所述制備方法以三聚氰胺或其衍生物的泡沫樹脂碳化后作為基體，然后將基體浸漬到熔融鋰中，得到復(fù)合負(fù)極材料。本發(fā)明提供的泡沫炭基體中均勻分布有含氮官能團(tuán)，對鋰具有較強的結(jié)合能，可以在鋰離子沉積過程中均一化鋰離子流，有利于金屬鋰的均勻沉積，避免形成鋰枝晶生長的成核位點；同時，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的泡沫炭基體還具有較高的比表面積，有利于降低局部電流密度，進(jìn)一步提高金屬鋰在基體中的沉積均勻性，泡沫炭基體的中空結(jié)構(gòu)作為離子傳輸通道，在鋰沉積過程中提供了載體和分散鋰離子/電子的聚集，有利于緩解鋰枝晶的持續(xù)生長，從而達(dá)到抑制鋰枝晶和緩沖體積膨脹的作用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電化學(xué)材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合負(fù)極材料、負(fù)極、鋰離子電池及制備方法。

背景技術(shù)

相對于目前商用的石墨負(fù)極，金屬鋰具有極高的容量(3860mA/g)和較低的電勢(-3.040V vs.標(biāo)準(zhǔn)氫電極)。因而，金屬鋰負(fù)極被認(rèn)為是下一代高能量密度的關(guān)鍵負(fù)極材料。采用金屬鋰作為負(fù)極構(gòu)筑的電池能夠大幅度提升新能源汽車的續(xù)航里程。

然后，鋰電池在充放電過程中極易形成鋰金屬枝晶以及引起電池體積變化。已有的研究發(fā)現(xiàn)，將鋰金屬箔片作為鋰電池負(fù)極，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，其表面漸漸形成鋰枝晶，枝晶較大的比表面積消耗了部分鋰和電解液，枝晶繼續(xù)生長形成死鋰，枝晶和死鋰的堆積導(dǎo)致了電極的體積變化，造成電極循環(huán)的庫倫效率下降，甚至出現(xiàn)內(nèi)部短路、電池?zé)崾Щ虬l(fā)生爆炸，引起鋰電池使用的安全性問題。多年來，鋰金屬的鋰枝晶和體積變化一直沒有得到有效解決。因此，研制一種可以改善鋰離子電池的循環(huán)性能并提高其首次重放電容量的負(fù)極材料，對于鋰離子電池的發(fā)展具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有的鋰離子電池中負(fù)極材料存在的首次充放電容量和循環(huán)性能較差的問題，本發(fā)明提供一種復(fù)合負(fù)極材料、負(fù)極、鋰離子電池及制備方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、在惰性氣氛保護(hù)下，將三聚氰胺或三聚氰胺衍生物泡沫樹脂于1000-1300℃進(jìn)行碳化，得泡沫炭基體；

步驟二，將金屬鋰箔片熔融，得熔融鋰；將所述泡沫炭基體浸入熔融鋰中，浸漬2-6min，取出冷卻，得所述復(fù)合負(fù)極材料。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的復(fù)合負(fù)極材料的制備方法，選擇三聚氰胺或者三聚氰胺衍生物泡沫樹脂通過高溫碳化熱解過程將其轉(zhuǎn)化為空心且相互連接的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的泡沫炭材料，將其作為基體通過浸漬法負(fù)載鋰金屬而形成復(fù)合負(fù)極材料，其中，形成的泡沫炭基體中均勻分布有含氮官能團(tuán)，其對鋰具有較強的結(jié)合能，提升了基體材料的親鋰性，有利于熔融鋰的潤濕，可以在鋰離子沉積過程中均一化鋰離子流，有利于金屬鋰的均勻沉積，避免形成鋰枝晶生長的成核位點，從而使得在鋰電池充放電的循環(huán)過程中不產(chǎn)生鋰枝晶；同時，三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的泡沫炭基體還具有較高的比表面積，有利于降低局部電流密度，進(jìn)一步提高金屬鋰在基體中的沉積均勻性；除此之外，泡沫炭基體的中空結(jié)構(gòu)作為離子傳輸通道，在鋰沉積過程中提供了載體和分散鋰離子/電子的聚集，有利于緩解鋰枝晶的持續(xù)生長，從而達(dá)到抑制鋰枝晶和緩沖體積膨脹的作用。

本發(fā)明所制備的復(fù)合鋰負(fù)極材料具有電壓平臺穩(wěn)定性好，經(jīng)過多次循環(huán)之后無枝晶出現(xiàn)及電極體積變化較小的優(yōu)點，還具有質(zhì)輕和可彎曲的優(yōu)點，可以滿足某些特殊裝置的需求，有效提高整個電池的能量密度，為鋰離子電池提供了一種優(yōu)越的復(fù)合負(fù)極材料，且制備方法的原料來源廣泛，價格低廉，制備工藝簡單易行，可進(jìn)行大規(guī)格生產(chǎn)，為安全鋰負(fù)極材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化開辟了新的途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明中所述惰性氣體為本領(lǐng)域常規(guī)的惰性氣體，如氬氣、氮氣等。

優(yōu)選的，步驟一中，所述碳化的溫度為1200℃。