CN112573563A - 一种锂离子负极材料、一种电池负极片及制备方法和一种电池 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电化学材料技术领域，提供了一种锂离子负极材料、一种电池负极片及制备方法和一种电池，将碳酸锂、氧化镧以及氧化镓加入异丙醇中，将混合液球磨后放入离心机中离心，对得到的沉淀物干燥后空烧，压制成预合成粉片，再空烧后研磨，得到锂离子负极材料，通过在低温下进行固相合成反应，合成过程简单。材料中的镧、镓和氧元素均匀地分布在负极材料中，使其具有插层赝电容效应，提高离子电导率。电池负极片是将锂离子负极材料、乙炔黑、粘结剂加入NMP中，得到浆料后拉膜在铝箔上，真空干燥得到电池负极片，电池负极片具有高锂离子传导性与高倍率充放电比容量。电池具有高倍率的电化学性能以及高能量密度，且具有较高的安全性能。
Description
技术领域
本发明属于电化学材料技术领域，具体涉及一种锂离子负极材料、一种电池负极片及制备方法和一种电池。
背景技术
近年来，随着电动汽车和智能电网行业的发展，锂离子电池正逐渐取代镍氢电池和铅酸电池在电动汽车和智能电网领域的应用。目前，锂离子电池的负极材料主要是石墨和尖晶石Li4Ti5O12，石墨可以提供达372mAh g-1的高比容量，而尖晶石能够提供较高的倍率，但是石墨的低工作电压可能会引起电池的安全问题，而尖晶石型Li4Ti5O12的充放电比容量低和工作电势过高等缺点也会严重限制全电池的能量密度。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种锂离子负极材料、一种电池负极片及制备方法和一种电池。
本发明提供了一种锂离子负极材料的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤1，将碳酸锂、氧化镧以及氧化镓以7-8.5：16-18：3-3.5的摩尔比加入20mL-30mL的异丙醇中，得到混合液；步骤2，将混合液球磨后放入离心机中离心，得到沉淀物；步骤3，将沉淀物干燥后进行空烧，得到预合成粉末，将预合成粉末研磨压片，得到预合成粉片；步骤4，将预合成粉片空烧后研磨，得到锂离子负极材料。
在本发明提供的锂离子负极材料的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，碳酸锂、氧化镧以及氧化镓的摩尔比为9.5:18:3.5。
在本发明提供的锂离子负极材料的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，球磨转速为500r/min—800r/min，球磨时间为24h—48h，离心机的转速为8000r/min，步骤4中的空烧温度为900℃，空烧时间为5h，步骤5中的空烧温度为950℃—1050℃，空烧时间为5h。
本发明提供了一种锂离子负极材料，具有这样的特征，由锂离子负极材料的制备方法制得。
在本发明提供的锂离子负极材料的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，锂离子负极材料为具有介孔的金属氧化物颗粒，介孔的孔径为500nm—1000nm。
本发明提供了一种电池负极片，具有这样的特征，包括锂离子负极材料。
本发明提供了一种电池负极片的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤1，将锂离子负极材料、乙炔黑以及粘结剂以8:1:1的质量比加入一定体积的N-甲基-吡咯烷酮中，得到预制备浆料；步骤2，将预制备浆料拉磨在铝箔上，在80℃下真空干燥12h，得到电池负极片。
在本发明提供的电池负极片的制备方法中，还可以具有这样的特征：其中，粘结剂为聚偏氟乙烯。
本发明提供了一种电池，具有这样的特征，包括电池负极片。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的一种锂离子负极材料的制备方法，将碳酸锂、氧化镧以及氧化镓以7-8.5：16-18：3-3.5的摩尔比加入20mL-30mL的异丙醇中，得到混合液，将混合液球磨后放入离心机中离心，得到沉淀物，对沉淀物干燥后进行空烧，得到预合成粉末后研磨压片，得到预合成粉片，将其空烧后研磨，得到锂离子负极材料，本发明通过在低温下进行固相合成反应，合成过程简单。
本发明得到的锂离子负极材料以锂、镧、镓和氧作为组成元素，镧、镓和氧元素均匀地分布在负极材料中，使负极材料具有插层赝电容效应，使材料在法拉第电荷转移过程中不发生晶体相变，从而使电荷能够快速储存和释放，提高离子电导率。
本发明涉及的电池负极片制备方法，将锂离子负极材料、乙炔黑以及粘结剂以8:1:1的质量比加入N-甲基-吡咯烷酮中，得到预制备浆料，将预制备浆料拉膜在铝箔上，在80℃下真空干燥12h,得到电池负极片，本发明提供的电池负极片包括锂离子负极材料，具有良好的锂离子传导特性与高倍率充放电比容量。本发明提供的电池包括电池负极片，具有高倍率的电化学性能以及高能量密度，且具有较高的安全性能。
附图说明
图1是本发明的实施例1中得到的锂离子负极材料的透射电镜图(TEM图)；
图2是本发明的实施例1中得到的锂离子负极材料的元素分析图(EDS图)；
图3是本发明的实施例1中得到的锂离子负极材料的X射线衍射图(XRD图)；
图4是本发明的实施例2中电极材料压片所得到的阻抗图；
图5是本发明的实施例2中得到的电池在不同扫速下的电流-电压曲线；
图6是本发明的实施例2中得到的电池中的负极片在1.2mV扫速下的电容贡献率；
图7是本发明的实施例2中得到的电池在1A/g电流密度下的充放电性能图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明一种锂离子负极材料、一种电池负极片及制备方法和一种电池作具体阐述。
除特别说明以外，本发明的实施例所使用的原料及试剂均通过一般商业途径购买得到。
<实施例1>
本实施例对锂离子负极材料及其制备方法进行详细阐述。
本实施例的锂离子负极材料的制备方法如下：
步骤1，将8.5mol碳酸锂、18mol氧化镧以及3.5mol氧化镓加入30ml异丙醇中，得到混合液；
步骤2，将混合液加入转速为600r/min的球磨机中，球磨36h后，放入转速为8000r/min的离心机中离心后，得到沉淀物；
步骤3，将所述沉淀物在60℃的条件下干燥后，在900℃下在空气中烧结5h，得到预合成粉末，将预合成粉末研磨压片，得到预合成粉片；
步骤4，将预合成粉片在1000℃下空烧5h后研磨，得到锂离子负极材料。
图1是本实施例中得到的锂离子负极材料的TEM图。
如图1所示，本实施例得到的锂离子负极材料为颗粒状，粒径约为500nm，较大的比表面积为锂离子的快速嵌入脱出提供支持。
图2是本实施例中得到的锂离子负极材料的EDS图。
如图2所示，镧元素由紫颜色标记，镓元素由青颜色标记，氧元素由绿颜色标记，在锂离子负极材料中这三种元素分布较为均匀，证明材料的成功制备。
图3是本实施例中得到的锂离子负极材料的XRD图。
如图3所示，XRD谱图的结晶峰尖锐，说明得到的锂离子负极材料具有良好的结晶性，且与标准对比卡对比，没有杂峰的出现，说明物质物相纯度较大。
<实施例2>
本实施例对电池进行详细阐述。
本实施例的电池的制备方法如下：
步骤1，将0.07g锂离子负极材料、0.02g乙炔黑以及0.01g聚偏氟乙烯加入2mLN-甲基-吡咯烷酮中，得到预制备浆料；
步骤2，将预制备浆料拉膜在铝箔上，在80℃下真空干燥12h,裁剪后得到电池负极片；
步骤3，选用2032的电池壳、步骤2得到的负极片、正极LiFePO4、电解液(1M LiPF6溶于EC/DMC/EMC)、单层聚丙烯隔膜在充满氩气的手套箱中进行组装，得到半成品电池；
步骤4，将半成品电池晾置12h得到成品电池。
图4是本实施例中得到的电极材料压片阻抗图。
通过阻抗计算公式σ＝d/Re·S，其中σ为离子电导率，Re为电阻值，d为压片的厚度，S为压片的面积，可计算得到负极材料具有1.6×10-4S/cm高的锂离子电导率，为高倍率下的离子传输提供支持。
图5是本实施例中得到的电池在不同扫速下的电流-电压曲线。
如图5所示，电流-电压曲线在不同扫速下均具有较宽的阴极峰和阳极峰，这表明电池在锂化过程中显示出赝电容的特性。
图6是计算得到的电池中的负极片在1.2mV扫速下的电容贡献率。
如图6所示，电池的负极片在1.2mV扫速下的电容贡献率为64％，说明电极材料具有赝电容效应。
图7是本实施例中得到的电池在1A/g电流密度下的充放电性能图。
如图7所示，说明电池在高电流密度下，仍具有较高的充放电比容量，在高倍率下能够快速进行快速离子脱嵌。
实施例的作用与效果
根据实施例1所涉及的一种锂离子负极材料的制备方法，将碳酸锂、氧化镧以及氧化镓以一定质量比加入一定体积的异丙醇中，得到混合液，将混合液球磨后放入离心机中离心，得到沉淀物，对沉淀物干燥后进行空烧，得到预合成粉末后研磨压片，得到预合成粉片，将其空烧后研磨，得到锂离子负极材料，实施例1通过在低温下进行固相合成反应，合成过程简单。
实施例1得到的锂离子负极材料以锂、镧、镓和氧作为组成元素，镧、镓和氧元素均匀地分布在负极材料中，使负极材料具有插层赝电容效应，使材料在法拉第电荷转移过程中不发生晶体相变，从而使电荷能够快速储存和释放，提高离子导电率。
实施例2涉及的电池负极片制备方法，将锂离子负极材料、乙炔黑以及粘结剂以8:1:1的质量比加入N-甲基-吡咯烷酮中，得到预制备浆料，将预制备浆料拉膜在铝箔上，在80℃下真空干燥12h,得到电池负极片，实施例2提供的电池负极片包括锂离子负极材料，具有良好的锂离子传导特性与高倍率充放电比容量。实施例2提供的电池包括电池负极片，具有高倍率的电化学性能以及高能量密度，且具有较高的安全性能。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种锂离子负极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将碳酸锂、氧化镧以及氧化镓以7-8.5：16-18：3-3.5的摩尔比加入20mL-30mL的异丙醇中，得到混合液；
步骤2，将所述混合液球磨后放入离心机中离心，得到沉淀物；
步骤3，将所述沉淀物干燥后进行空烧，得到预合成粉末，将所述预合成粉末研磨压片，得到预合成粉片；
步骤4，将所述预合成粉片空烧后研磨，得到锂离子负极材料。
2.根据权利要求1所述的锂离子负极材料的制备方法，其特征在于：
其中，所述碳酸锂、氧化镧以及氧化镓的摩尔比为9.5:18:3.5。
3.根据权利要求1所述的锂离子负极材料的制备方法，其特征在于：
其中，球磨转速为500r/min—800r/min，球磨时间为24h—48h，
所述离心机的转速为8000r/min，
步骤4中的空烧温度为900℃，空烧时间为5h，
步骤5中的空烧温度为950℃—1050℃，空烧时间为5h。
4.一种锂离子负极材料，其特征在于，由权利要求1—3中任意一项所述的锂离子负极材料的制备方法制得。
5.根据权利要求4所述的锂离子负极材料，其特征在于：
其中，所述锂离子负极材料为具有介孔的金属氧化物颗粒，
所述介孔的孔径为500nm—1000nm。
6.一种电池负极片，其特征在于，包括权利要求4或5中所述的锂离子负极材料。
7.一种如权利要求6所述的电池负极片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，将所述锂离子负极材料、乙炔黑以及粘结剂以8:1:1的质量比加入一定体积的N-甲基-吡咯烷酮中，得到预制备浆料；
步骤2，将所述预制备浆料拉膜在铝箔上，在80℃下真空干燥12h,得到如权利要求6所述的电池负极片。
8.根据权利要求7所述的电池负极片的制备方法，其特征在于：
其中，所述粘结剂为聚偏氟乙烯。
9.一种电池，其特征在于，包括如权利要求6所述的电池负极片。
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