[发明专利]一种锂离子电池用高能量密度快充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用高能量密度快充负极材料及其制备方法，涉及锂离子电池材料制备技术领域。该负极材料制备过程为：将硫化锡、粘结剂、催化剂和石墨添加到有机溶剂中混合均匀，干燥，得到石墨前驱体，之后将石墨前驱体、硼氢化锂添加到含有有机铝盐的有机溶液中，与碱反应，反应完成后，过滤，之后在惰性气氛下碳化，即得。本发明利用硫化锡良好的储锂性能，催化剂的造孔功能及其硼氢化锂优异的锂离子导电性特性，提升其比容量及倍率性能；同时外层包覆的多孔氧化铝与硼氢化锂在充放电形成偏铝酸锂降低其不可逆容量，提升锂离子的传输速率，改善循环性能和倍率性能。

技术领域

本发明涉及锂离子电池材料制备技术领域，特别是涉及一种锂离子电池用高能量密度快充负极材料及其制备方法。

背景技术

随着锂离子电池对长续航历程及其快速充电要求的提高，要求锂离子电池所用负极材料具有高的能量密度及其快充性能，而目前市场化的石墨为人造石墨，其比容量在355mAh/g左右，压实密度≤1.7g/cm³，充电能力在1-4C，首次效率在91-94％之间，且负极材料无法同时兼顾能量密度与快充性能，其原因为，石墨负极材料表面的包覆材料为无定形碳，存在比容量低、压实密度低、首次效率低等缺陷，会降低整个负极材料的能量密度；同时内核石墨为层状结构，理论的比容量仅仅为372mAh/g，无法大幅提升材料的比容量。而锡以其比容量高，膨胀适中应用于一些储能电池领域。同时造成其负极材料首次效率低的原因还包括锂离子电池充放电过程中形成SEI膜消耗锂离子降低其可逆容量，降低首次效率，而提升材料首次效率的措施之一是降低其材料包覆层的不可逆容量，比如铝化合物的包覆，负极材料表面补锂等措施。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子电池用高能量密度快充负极材料及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，从而提供提升石墨首次效率、能量密度、快充性能的负极材料。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，将硫化锡、粘结剂、催化剂和石墨添加到有机溶剂中混合均匀，干燥，得到石墨前驱体；所述干燥为喷雾干燥；

步骤2，将所述石墨前驱体、硼氢化锂添加到含有有机铝盐的有机溶液中，之后在50-100℃条件下向反应体系中加入碱进行反应，反应完成后，过滤，之后在惰性气氛下碳化，得到所述锂离子电池负极材料(石墨复合材料)。

进一步地，所述硫化锡、粘结剂、催化剂和石墨的质量比为1-10：1-5：0.5-2：100。

进一步地，所述粘结剂为聚偏氟乙烯、丁苯橡胶、聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯氰和羧甲基纤维素钠中的一种。

进一步地，所述催化剂为纳米铁、纳米钴和纳米镍中的一种，粒径500-1000nm。

进一步地，步骤2中反应时间为6-18h。

进一步地，所述含有机铝盐的有机溶液中有机铝盐的含量为1-5wt％；所述石墨前驱体、硼氢化锂、有机铝盐与碱的质量比为100：1-5：1-5：10-30。

进一步地，所述碱为氨水、尿素、三乙胺、吡啶和N,N-二甲苯胺中的一种；氨水的质量浓度为1-25wt％。

进一步地，所述有机铝盐为醋酸铝、正丁醇铝、仲丁醇铝和三乙基铝中的一种，步骤2中有机溶液乙醚、甲醚、环己烷和二甲苯中的一种。

进一步地，所述碳化的温度为700-1000℃，时间为1-6h。

本发明还提供上述制备方法制备得到的锂离子电池负极材料。

本发明进一步提供上述锂离子电池负极材料在锂离子电池中的应用。

本发明公开了以下技术效果：