[发明专利]一种锂离子电池硬碳负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锂离子电池硬碳负极材料及其制备方法。该制备方法包括下述步骤：将TiO₂与锂盐混合物及金属锂粉超声分散在溶剂一中，制得分散液一；将烯丙基酚醛树脂溶解在溶剂二中，制得溶液二；将分散液一缓慢加入溶液二中，搅拌均匀后加热固化，得到混合物；将所述混合物在惰性气氛保护下高温碳化，得到锂离子电池硬碳负极材料。采用本发明中的方法制得的锂离子电池硬碳负极材料，其首次充放电比容量高，具有平稳的充放电平台，整体循环稳定性好，且制备方法简单，操作方便可控。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池硬碳负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池作为重要储能器件，在新能源汽车和便携式电子产品得以广泛应用。负极材料作为锂离子电池的重要组成部分，其研究报道多种多样，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)和无定形碳材料(硬碳和软碳)，非碳材料有硅基材料、锡基材料、过渡金属氧化物、金属氮化物及其它合金负极材料。

目前商业上普遍使用的是石墨化碳材料，但其理论容量较低(372mAh/g)，结构脆弱，对电解液高度敏感，不能满足锂离子电池的发展需要。硬碳材料由于其无定形结构，能够嵌入大量的锂，形成C₂Li结构，极大扩充了碳负极材料的可逆容量，故日益成为锂离子电池负极材料的研究热点。然而，硬碳材料由于循环效率低、电压随容量的变化大、缺少平稳的放电平台等原因，应用一直受到限制。

在可用作锂电池负极的材料中，金属锂具有最大的理论能量密度(3860mAh/g)和最低的电化学势(相对于标准氢电极为3.04V)，故金属锂可完美替代石墨，做锂离子电池的负极材料，从而破解锂离子电池“续航里程差”的难题。然而，金属锂在充放电循环过程中，由于局部极化的因素，使得金属锂表面生长锂枝晶，当锂枝晶长到一定程度就可能会穿透隔膜，导致安全问题；此外若锂枝晶断裂，亦会形成“死锂”，使电池容量下降，故有效解决锂枝晶的问题，可极大改善金属锂的电化学性能。

发明内容

本发明旨在解决现有硬碳负极材料循环稳定性差低、电压滞后明显、首次效率较低等问题，提供一种全新的锂离子电池硬碳负极材料及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案。

一种锂离子电池硬碳负极材料的制备方法，按照下述步骤进行：将TiO₂与锂盐混合物及金属锂粉超声分散在溶剂一中，制得分散液一；将烯丙基酚醛树脂溶解在溶剂二中，制得溶液二；将分散液一缓慢加入溶液二中，搅拌均匀后加热固化，得到混合物；将所述混合物在惰性气氛保护下高温碳化，得到锂离子电池硬碳负极材料。

作为本发明改进的技术方案，所述TiO₂与锂盐混合物、金属锂粉和烯丙基酚醛树脂的质量比为0～3:12～18:79～88。

作为本发明改进的技术方案，所述分散液一的制备方法为：取一定量的钛白粉与锂盐按照Ti:Li摩尔比为1:0.8～0.86加入溶剂一中，再加入金属锂粉，超声分散制得分散液一。所述锂盐包括醋酸锂、六氟磷酸锂、四氟硼酸锂中的一种或多种。

作为本发明改进的技术方案，所述分散液一的制备方法为：将一定量的醋酸锂融入无水乙醇中，然后按照Ti:Li摩尔比为1:0.8～0.86计算出钛酸四丁酯的用量，加入前面配制的溶液中，搅匀后转入恒温干燥箱中，在160～200℃下溶剂热反应12～36h；然后离心洗涤底层沉淀物至pH为中性后，再与金属锂粉一起超声分散在溶溶剂一中，制得分散液一。

作为本发明改进的技术方案，所述溶剂一和溶剂二均为弱极性有机溶剂或非极性有机溶剂，包括正庚烷、正己烷、环己烷、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、二氧六环、丙酮、异丙醇中的其中一种或多种。