[發明專利]一種鋰離子電池負極材料的制備方法及其材料

在審

• 申請號: 202110379008.3
• 申請日: 2021-04-08
• 公開（公告）號: CN113130867A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 周鋼;鄒鴻東;于文慶;曲江英
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/583;H01M4/62;H01M10/0525;C01B32/20
• 代理公司: 深圳華奇信諾專利代理事務所(特殊普通合伙) 44328
• 代理人: 陳子勛

本發明涉及鋰電池材料技術領域，具體涉及一種鋰離子電池負極材料的制備方法及其材料，本發明的鋰離子電池負極材料，其為過渡金屬氧化物插層石墨，所述過渡金屬氧化物位于石墨的層間，使其相比石墨具有更大的層間距、相對更高的嵌鋰電位和克容量，使其在低溫下更好的脫嵌鋰離子，與現在商用的石墨負極相比，其更適合在低溫的特殊領域上應用；本發明的制備方法，采用原位合成的方法，將過渡金屬有機鹽與石墨反應，將過渡金屬引入石墨層間，再通過氧化、煅燒將其轉化成金屬氧化物，成功制備得到過渡金屬氧化物插層石墨復合材料。

技術領域

本發明涉及鋰電池材料技術領域，特別是涉及一種鋰離子電池負極材料的制備方法及其材料。

背景技術

人們對電子產品的要求越來越高。鋰離子電池由于其高能量密度、較高的電壓平臺、使用壽命周期較長、環境友好等優點，目前已廣泛應用在越來越多的電子產品中，作為這種便攜式設備的主要能源供給，除此以外，鋰離子電池也應用在航空航天、國防軍工、潛艇和電動汽車等特殊領域，但由于較差的低溫性能，使其在特殊領域上的應用，乃至在寒冷地區應用都受到了限制，如在零下30℃以下，其性能變得很差，甚至無法正常工作。

限制鋰離子電池在低溫下使用的因素主要有電解液、正負極材料和隔膜，而石墨作為鋰離子電池的主要負極材料，其較低的嵌鋰電位是影響鋰離子電池低溫充電析鋰的重要因素。

石墨具有穩定的層狀結構，化學穩定性好，其作為鋰離子電池負極時，幾乎不會發生副反應，且層間間距與Li+的直徑十分接近，能夠順利的嵌入，在脫嵌過程中，也能始終保持其穩定的層狀結構，在首次嵌鋰時形成穩定的SEI膜能夠保護石墨電極，并且隔離電極與電解液，阻止電池容量的損耗。但是在低溫下充電時，因為電解液中離子擴散速率降低，電池內部極化增大，而石墨的嵌鋰電位相對較低，且層間間距沒有發生改變，導致鋰離子容易從石墨表面析出，形成鋰枝晶，從而使得電池的容量急劇下降，循環性能變差，甚至引發安全隱患。

目前針對低溫石墨改性的方法主要是表面包覆，改善其界面性能。但是這種方式并不能從根本上改變石墨材料在-40℃甚至更低溫度下鋰離子的嵌入問題。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種鋰離子電池負極材料的制備方法及其材料，本發明的制備方法，其工藝簡單，制備容易，滿足工業化的生產制造需求；本發明的負極材料，具有較好的低溫充放電性能，使用安全。

本發明采用的技術方案是：

一種鋰離子電池負極材料的制備方法，包括如下步驟：

S1、對可膨脹石墨進行高溫處理，之后置于乙醇中超聲分散；

S2、將經S1處理的石墨與過渡金屬有機鹽在有機溶液中混合，攪拌和干燥；

S3、將經S2處理的混合物置于反應釜中，采用高純惰性氣體置換后，接著充入高純惰性氣體，密封，加熱保溫處理后，自然冷卻，放壓，取出，使用有機溶液清洗，干燥后即得過渡金屬有機鹽插層石墨材料；

S4、將經S3處理的過渡金屬有機鹽插層石墨材料，加入到H₂O₂中，加熱保溫處理后，自然冷卻，過濾后置于真空環境中干燥；

S5、將經S4處理的材料，在惰性氣體下煅燒，即得負極材料。

進一步地，S1中，在900～950℃下保溫30～45min進行高溫處理；超聲分散時間為8～10h。

進一步地，S2中，所述過渡金屬有機鹽為有機鎳鹽、有機錳鹽、有機鈷鹽和有機鐵鹽中的任一種；所述有機溶劑為丙酮、苯、乙醚和甲苯溶液中的任一種或任幾種；攪拌時間為5～6h。

進一步地，所述有機鎳鹽為二茂鎳或二乙酰丙酮鎳；所述有機錳鹽為乙酰丙酮錳或2-甲基環戊二烯三羧基錳；所述有機鈷鹽為乙酰丙酮鈷或四水合乙酸鈷；所述有機鐵鹽為二茂鐵或檸檬酸鐵。