CN102244253A - 一种C/Co锂离子电池负极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种C/Co锂离子电池负极材料及其制备方法，属于锂离子电池负极材料领域。其由非石墨化炭和Co组成，Co纳米粒子分散地嵌入在炭层中。其制备方法，将酞菁钴、吡嗪和十二烷基硫酸钠溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，然后在聚四氟乙烯内胆的自压反应釜中热聚合，接下来对热聚合产物旋蒸，最后将得到的粉末样品在氩气气氛下热处理。这种负极材料的放电电压平台平均在0.7V；在0.005V～3.0V的电压范围内，100mAg-1的充放电倍率下，50次循环后，其可逆比容量仍保持在550mAhg-1，没有明显衰减；另外充放电倍率性能良好，具有较好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种C/Co锂离子负极材料及其制备方法，属于锂离子电池电极材料领域。
背景技术
自从1990年索尼公司将锂离子电池商业化以来，锂离子电池因具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长、无记忆效应等优点，在便携式电子设备、空间技术、国防工业等领域得到了广泛的应用，并向电动汽车等领域扩展，成为当前人们关注的热点。
锂离子电池的关键技术之一是对负极材料的研究。目前商业化负极石墨类材料因其成本低，具有高的导电性和良好的循环稳定性而在市场上占有巨大份额。但是，石墨类负极材料存在一些问题：(1)理论比容量低(LiC6，372mAhg-1)，实际容量要更低；(2)放电平台过低(0～0.25V)，在电池过充时，易造成金属锂在碳表面析出，形成的枝晶刺破隔膜，使得电池存在安全隐患；(3)对电解液选择性高，存在溶剂共嵌入，导致容量衰减；(4)另外大电流充放电时性能差。
因此，研究开发具有更高比容量、放电电压平台稍高及倍率性能良好的负极材料对提高电池性能具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法，其具有高比容量、稍高放电电压平台、良好的倍率性能和循环稳定性。
本发明提供的一种C/Co锂离子电池负极材料，其特征在于，由非石墨化碳层和Co纳米粒子组成，Co纳米粒子分散地嵌入在碳层中，其中碳为电极的活性材料。
本发明提供的上述一种C/Co锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，以酞菁钴为主原料，将酞菁钴、吡嗪和十二烷基硫酸钠溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，然后在聚四氟乙烯内胆的自压反应釜中热聚合，接下来对热聚合产物旋蒸，最后将得到的粉末样品在氩气气氛下热处理，具体包括以下步骤：
(1)将酞菁钴、吡嗪和十二烷基硫酸钠按照1∶3∶0.05～0.3的摩尔比溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，超声搅拌60～120分钟；
(2)将步骤(1)所得液体转移入聚四氟乙烯内胆的自压反应釜中，然后将反应釜置于150℃～180℃烘箱中保温3～6小时；
(3)步骤(2)中的反应釜自然冷却后，将产物在80℃～99℃水浴旋蒸，得到紫黑色粉末状物质；
(4)将步骤(3)中得到的紫黑色粉末，置于管式炉中，在氩气气氛保护下，以5℃/min的升温速率升至600℃～850℃之间，恒温热处理0.5～2.5小时，然后自然冷却到室温，得到最终产物，即C/Co锂离子电池负极材料。
其中，步骤(1)中所述的酞菁钴在N，N-二甲基甲酰胺的浓度优选0.3mol/L；步骤(4)中所使用的氩气纯度不小于99.9％。
本发明以酞菁钴为主原料，经过聚合裂解反应，制备出了由非石墨化碳和Co组成的C/Co负极材料。与现有技术相比，本发明有以下优点：
(1)本发明制备C/Co负极材料，合成工艺耗时短，操作简单，所得产品稳定性好，易于储存；
(2)本发明制备的C/Co负极材料，在0.005V～3.0V的电压范围内，100mA/g的充放电倍率下，50次循环后，材料的可逆比容量仍保持在550mAh/g，没有明显衰减；
(3)本发明制备的C/Co负极材料，放电电压平台平均在0.7V，提高了电池的安全性能；
(4)本发明制备的C/Co负极材料，在0.005V～3.0V的电压范围内，具有良好的倍率性能，能满足高功率设备如电动车、混和电动车的需要。
附图说明
图1是实施例1中制备C/Co材料的X射线衍射图；
图2是实施例3中制备C/Co材料的扫描电镜图；
图3是实施例3中制备C/Co材料的透射电镜图；
图4是实施例1制备C/Co电极的第1次、第10次、第30次和第50次充放电曲线比较；
图5是实施例1制备C/Co电极的循环性能测试图(电压范围：0.005V～3.0V；倍率：100mA/g)；
图6是实施例1制备C/Co电极在不同充放电倍率下的循环性能测试图(电压范围：0.005V～3.0V)。
具体实施方式
实施例1
(1)分别称量约0.56克酞菁钴、0.24克吡嗪和0.028克十二烷基硫酸钠溶解在35mL的N，N-二甲基甲酰胺中，超声搅拌60分钟；
(2)将步骤(1)所得液体转移入聚四氟乙烯内胆的自压反应釜中，然后将反应釜置于160℃烘箱中保温4.5小时；
(3)步骤(2)中的反应釜自然冷却后，将产物在90℃水浴旋蒸，得到紫黑色粉末状物质；
(4)将步骤(3)中得到的紫黑色粉末，置于管式炉中，在99.9993％纯度氩气气氛保护下，以5℃/min的升温速率升至700℃恒温热处理1.0小时，然后自然冷却到室温，得到最终产物，即C/Co锂离子电池负极材料。
实施例2
(1)分别称量约1.12克酞菁钴、0.48克吡嗪和0.056克十二烷基硫酸钠溶解在70mL的N，N-二甲基甲酰胺中，超声搅拌100分钟；
(2)将步骤(1)所得液体转移入聚四氟乙烯内胆的自压反应釜中，然后将反应釜置于160℃烘箱中保温4.5小时；
(3)步骤(2)中的反应釜自然冷却后，将产物在90℃水浴旋蒸，得到紫黑色粉末状物质；
(4)将步骤(3)中得到的紫黑色粉末，置于管式炉中，在99.9993％纯度氩气气氛保护下，以5℃/min的升温速率升至700℃恒温热处理1.0小时，然后自然冷却到室温，得到最终产物，即C/Co锂离子电池负极材料。
实施例3
(1)分别称量约0.56克酞菁钴、0.24克吡嗪和0.028克十二烷基硫酸钠溶解在35mL的N，N-二甲基甲酰胺中，超声搅拌60分钟；
(2)将步骤(1)所得液体转移入聚四氟乙烯内胆的自压反应釜中，然后将反应釜置于180℃烘箱中保温4.0小时；
(3)步骤(2)中的反应釜自然冷却后，将产物在90℃水浴旋蒸，得到紫黑色粉末状物质；
(4)将步骤(3)中得到的紫黑色粉末，置于管式炉中，在99.9993％纯度氩气气氛保护下，以5℃/min的升温速率升至700℃恒温热处理1.0小时，然后自然冷却到室温，得到最终产物，即C/Co锂离子电池负极材料。
实施例4
(1)分别称量约0.56克酞菁钴、0.24克吡嗪和0.056克十二烷基硫酸钠溶解在35mL的N，N-二甲基甲酰胺中，超声搅拌100分钟；
(2)将步骤(1)所得液体转移入聚四氟乙烯内胆的自压反应釜中，然后将反应釜置于170℃烘箱中保温4.0小时；
(3)步骤(2)中的反应釜自然冷却后，将产物在90℃水浴旋蒸，得到紫黑色粉末状物质；
(4)将步骤(3)中得到的紫黑色粉末，置于管式炉中，在99.9993％纯度氩气气氛保护下，以5℃/min的升温速率升至700℃恒温热处理1.0小时，然后自然冷却到室温，得到最终产物，即C/Co锂离子电池负极材料。
实施例5
(1)分别称量约0.56克酞菁钴、0.24克吡嗪和0.028克十二烷基硫酸钠溶解在35mL的N，N-二甲基甲酰胺中，超声搅拌60分钟；
(2)将步骤(1)所得液体转移入聚四氟乙烯内胆的自压反应釜中，然后将反应釜置于160℃烘箱中保温4小时；
(3)步骤(2)中的反应釜自然冷却后，将产物在90℃水浴旋蒸，得到紫黑色粉末状物质；
(4)将步骤(3)中得到的紫黑色粉末，置于管式炉中，在99.9993％纯度氩气气氛保护下，以5℃/min的升温速率升至800℃恒温热处理1.0小时，然后自然冷却到室温，得到最终产物，即C/Co锂离子电池负极材料。
图1是实施例1中所制备样品C/Co的X射线衍射图谱。从图中可以看出，2θ值为26.68°的特征衍射峰，对应着碳的(002)晶面；2θ值为44.34°、51.68°、76.02°的特征衍射峰，分别对应于Co的(111)、(200)、(220)晶面。
图2和图3分别是实施例3所制备样品C/Co的扫描电镜图和透射电镜图。从图中可以看出，Co纳米粒子分散地嵌入在碳层中。
本发明制得的C/Co材料的电化学性能评价采用CR2032型扣式电池在新威测试仪上进行。在电极制备中，将所得C/Co材料、乙炔黑和聚偏氟乙烯(PVDF)按照质量比70∶20∶10均匀混合制浆涂在不锈钢集流体上，然后在80℃真空烘箱干燥12h。扣式电池的装配在充满氩气的手套箱中进行(水氧含量均保持在0.1ppm以下)，金属锂片作为对电极和参比电极，含有1M LiPF6的EC/DMC(1∶1wt％)作为电解液，Whatman GF/D硼硅酸盐玻璃纤维滤纸作为隔膜。
图4为实施例1所得C/Co制备成电极的充放电曲线图。从图中可以看出。其平均的放电电压平台为0.7V。相比现有的石墨负极，本发明中制备的C/Co负极使电池具有更高的安全性能。
图5和图6为实施例1中所得C/Co制备成电极的循环性能图。测试结果表明，本发明制备的C/Co负极具有高的比容量、良好的循环稳定性及倍率性能。
Claims (4)
1.一种C/Co锂离子电池负极材料，其特征在于，由非石墨化碳层和Co纳米粒子组成，Co纳米粒子分散地嵌入在碳层中。
2.按照权利要求1的一种C/Co锂离子电池负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将酞菁钴、吡嗪和十二烷基硫酸钠按照1∶3∶0.05～0.3的摩尔比溶解在N，N-二甲基甲酰胺中，超声搅拌60～120分钟；
(2)将步骤(1)所得液体转移入聚四氟乙烯内胆的自压反应釜中，然后将反应釜置于150℃～180℃烘箱中保温3～6小时；
(3)步骤(2)中的反应釜自然冷却后，将产物在80℃～99℃水浴旋蒸，得到紫黑色粉末状物质；
(4)将步骤(3)中得到的紫黑色粉末，置于管式炉中，在氩气气氛保护下，以5℃/min的升温速率升至600℃～850℃之间，恒温热处理0.5～2.5小时，然后自然冷却到室温，得到最终产物，即C/Co锂离子电池负极材料。
3.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的酞菁钴在N，N-二甲基甲酰胺的浓度为0.3mol/L。
4.根据权利要求2所述制备方法，其特征在于，所使用的氩气纯度不小于99.9％。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114340786A (zh) * | 2019-09-05 | 2022-04-12 | 赢创运营有限公司 | 包含嵌碳钴纳米粒子的材料、其制造方法和作为非均相催化剂的用途 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080199779A1 (en) * | 2007-02-15 | 2008-08-21 | Kim Han-Su | Composite anode active material, method of preparing the same, and anode and lithium battery containing the material |
| US20090289219A1 (en) * | 2004-04-23 | 2009-11-26 | Lg Chem, Ltd. | Anode active material with improved electrochemical properties and electrochemical device comprising the same |
| CN102024938A (zh) * | 2010-10-29 | 2011-04-20 | 北京工业大学 | 一种C/Fe3C锂离子电池负极材料及其制备方法 |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090289219A1 (en) * | 2004-04-23 | 2009-11-26 | Lg Chem, Ltd. | Anode active material with improved electrochemical properties and electrochemical device comprising the same |
| US20080199779A1 (en) * | 2007-02-15 | 2008-08-21 | Kim Han-Su | Composite anode active material, method of preparing the same, and anode and lithium battery containing the material |
| CN101510604A (zh) * | 2007-02-15 | 2009-08-19 | 三星Sdi株式会社 | 复合负极活性材料及其制备方法以及含其的负极和锂电池 |
| CN102024938A (zh) * | 2010-10-29 | 2011-04-20 | 北京工业大学 | 一种C/Fe3C锂离子电池负极材料及其制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114340786A (zh) * | 2019-09-05 | 2022-04-12 | 赢创运营有限公司 | 包含嵌碳钴纳米粒子的材料、其制造方法和作为非均相催化剂的用途 |
| CN114340786B (zh) * | 2019-09-05 | 2024-03-15 | 赢创运营有限公司 | 包含嵌碳钴纳米粒子的材料、其制造方法和作为非均相催化剂的用途 |
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