[發(fā)明專利]一種鋰離子電池硬碳負極材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110689485.X
• 申請日: 2021-06-18
• 公開（公告）號: CN113437296B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設計）人: 仰韻霖;吳武
• 申請（專利權）人: 青海凱金新能源材料有限公司
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 東莞市啟信展華知識產權代理事務所(普通合伙) 44579
• 代理人: 葉國榮

本發(fā)明公開了一種鋰離子電池硬碳負極材料及其制備方法。該制備方法包括下述步驟：將TiO₂與鋰鹽混合物及金屬鋰粉超聲分散在溶劑一中，制得分散液一；將烯丙基酚醛樹脂溶解在溶劑二中，制得溶液二；將分散液一緩慢加入溶液二中，攪拌均勻后加熱固化，得到混合物；將所述混合物在惰性氣氛保護下高溫碳化，得到鋰離子電池硬碳負極材料。采用本發(fā)明中的方法制得的鋰離子電池硬碳負極材料，其首次充放電比容量高，具有平穩(wěn)的充放電平臺，整體循環(huán)穩(wěn)定性好，且制備方法簡單，操作方便可控。

技術領域

本發(fā)明屬于鋰離子電池負極材料技術領域，具體涉及一種鋰離子電池硬碳負極材料及其制備方法。

背景技術

鋰離子電池作為重要儲能器件，在新能源汽車和便攜式電子產品得以廣泛應用。負極材料作為鋰離子電池的重要組成部分，其研究報道多種多樣，主要包括碳材料和非碳材料。碳材料有石墨化碳材料(天然石墨和改性石墨)和無定形碳材料(硬碳和軟碳)，非碳材料有硅基材料、錫基材料、過渡金屬氧化物、金屬氮化物及其它合金負極材料。

目前商業(yè)上普遍使用的是石墨化碳材料，但其理論容量較低(372mAh/g)，結構脆弱，對電解液高度敏感，不能滿足鋰離子電池的發(fā)展需要。硬碳材料由于其無定形結構，能夠嵌入大量的鋰，形成C₂Li結構，極大擴充了碳負極材料的可逆容量，故日益成為鋰離子電池負極材料的研究熱點。然而，硬碳材料由于循環(huán)效率低、電壓隨容量的變化大、缺少平穩(wěn)的放電平臺等原因，應用一直受到限制。

在可用作鋰電池負極的材料中，金屬鋰具有最大的理論能量密度(3860mAh/g)和最低的電化學勢(相對于標準氫電極為3.04V)，故金屬鋰可完美替代石墨，做鋰離子電池的負極材料，從而破解鋰離子電池“續(xù)航里程差”的難題。然而，金屬鋰在充放電循環(huán)過程中，由于局部極化的因素，使得金屬鋰表面生長鋰枝晶，當鋰枝晶長到一定程度就可能會穿透隔膜，導致安全問題；此外若鋰枝晶斷裂，亦會形成“死鋰”，使電池容量下降，故有效解決鋰枝晶的問題，可極大改善金屬鋰的電化學性能。

發(fā)明內容

本發(fā)明旨在解決現有硬碳負極材料循環(huán)穩(wěn)定性差低、電壓滯后明顯、首次效率較低等問題，提供一種全新的鋰離子電池硬碳負極材料及其制備方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術方案。

一種鋰離子電池硬碳負極材料的制備方法，按照下述步驟進行：將TiO₂與鋰鹽混合物及金屬鋰粉超聲分散在溶劑一中，制得分散液一；將烯丙基酚醛樹脂溶解在溶劑二中，制得溶液二；將分散液一緩慢加入溶液二中，攪拌均勻后加熱固化，得到混合物；將所述混合物在惰性氣氛保護下高溫碳化，得到鋰離子電池硬碳負極材料。

作為本發(fā)明改進的技術方案，所述TiO₂與鋰鹽混合物、金屬鋰粉和烯丙基酚醛樹脂的質量比為0～3:12～18:79～88。

作為本發(fā)明改進的技術方案，所述分散液一的制備方法為：取一定量的鈦白粉與鋰鹽按照Ti:Li摩爾比為1:0.8～0.86加入溶劑一中，再加入金屬鋰粉，超聲分散制得分散液一。所述鋰鹽包括醋酸鋰、六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰中的一種或多種。

作為本發(fā)明改進的技術方案，所述分散液一的制備方法為：將一定量的醋酸鋰融入無水乙醇中，然后按照Ti:Li摩爾比為1:0.8～0.86計算出鈦酸四丁酯的用量，加入前面配制的溶液中，攪勻后轉入恒溫干燥箱中，在160～200℃下溶劑熱反應12～36h；然后離心洗滌底層沉淀物至pH為中性后，再與金屬鋰粉一起超聲分散在溶溶劑一中，制得分散液一。

作為本發(fā)明改進的技術方案，所述溶劑一和溶劑二均為弱極性有機溶劑或非極性有機溶劑，包括正庚烷、正己烷、環(huán)己烷、二硫化碳、四氯化碳、二甲苯、甲苯、苯、乙醚、乙酸乙酯、正戊烷、正丁醇、二氧六環(huán)、丙酮、異丙醇中的其中一種或多種。