CN114725352A - 一种锂离子电池石墨基复合负极材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池石墨基复合负极材料及其制备方法；本发明采用石墨、硅料和五氧化二铌为主要原料，通过与溶剂和碳源添加剂的共同作用，所述制备出的锂离子电池石墨基复合负极材料，不仅具有较高的首次可逆容量和相对稳定的循环性能，而且还具有较高的优异的充放电效率。

Description

一种锂离子电池石墨基复合负极材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池石墨基复合负极材料及其制备方法。
背景技术
锂离子电池是一种二次电池(充电电池)，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。锂离子电池主要包括正极、负极、隔膜、电池外壳以及电解液等，其中，负极为活性物质，一般采用石墨，或近似石墨结构的碳。
专利申请号为CN201910017791.1的“一种可以实现石墨烯紧密包覆SiO负极材料及其制备方法”的专利中，在说明书中记载有“包含以下步骤：1)表面改性的氧化石墨烯溶液的制备：2)SiO分散液的制备；3)氧化石墨烯包覆SiO复合材料的制备；4)石墨烯包覆SiO复合材料的制备，该方法完全可以实现石墨烯的紧密超薄膜包覆SiO复合材料，并且该方法制备工艺简单，成本低，周期短，环保，可以实现宏量制备”，上述专利所提供的方法，虽然能够制得负极材料，但是其制备的负极材料，在首次可逆容量和相对稳定的循环性能上，效果不佳，无法满足使用者对于负极材料需求。
综上所述，研发一种锂离子电池石墨基复合负极材料及其制备方法，仍是电池材料技术领域中急需解决的关键问题。
发明内容
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明在于提供一种锂离子电池石墨基复合负极材料及其制备方法，本发明所述制备出的锂离子电池石墨基复合负极材料，不仅具有较高的首次可逆容量和相对稳定的循环性能，而且还具有较高的优异的充放电效率，能够改善复合负极材料的质量。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明的第一方面：提供了一种锂离子电池石墨基复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨、硅料和五氧化二铌置于研磨球中，球磨获得混合料；
(2)将混合料置于搅拌器中，并向搅拌器内加入溶剂，再加入8％的碳源添加剂，搅拌使混合料分散均匀后，升温至80-96℃，至溶剂完全蒸干，冷冻干燥，获得混合物；
(3)将混合物造粒后，预热至300-320℃，在于惰性气氛中煅烧，制得石墨基复合负极材料。
本发明进一步的设置为：在步骤(1)中，所述的石墨、硅料和五氧化二铌的质量比为1:20:3。
本发明进一步的设置为：在步骤(1)中，所述的硅料为一氧化硅和多孔硅的混合物，其中一氧化硅和多孔硅的混合比为2:1。
本发明进一步的设置为：在步骤(1)中，所述的研磨球，其球料比为5:1，转速为800-1200rpm，球磨时间为90-120min。
本发明进一步的设置为：在步骤(2)中，所述的溶剂为乙醇或丙酮中的任意一种。
本发明进一步的设置为：在步骤(2)中，所述的溶剂添加量为混合物的6倍。
本发明进一步的设置为：在步骤(2)中，所述的碳源添加剂为甘油三醇或一元羧酸中的任一种。
本发明进一步的设置为：在步骤(3)中，所述的惰性气氛的气体为氩气。
本发明进一步的设置为：在步骤(3)中，所述的惰性气氛的煅烧温度为560-700℃，时间为3-4h。
本发明的第二方面：提供了采用上述的制备方法制备得到的锂离子电池石墨基复合负极材料。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
本发明采用石墨、硅料和五氧化二铌为主要原料，通过与溶剂和碳源添加剂的共同作用，所述制备出的锂离子电池石墨基复合负极材料，不仅具有较高的首次可逆容量和相对稳定的循环性能，而且还具有较高的优异的充放电效率，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明性能检测中首次可逆容量的统计图；
图2为本发明性能检测中首次充放电效率的统计图；
图3为本发明性能检测中50次循环容量保持的统计图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本发明提供了一种锂离子电池石墨基复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨、硅料和五氧化二铌置于研磨球中，球磨获得混合料。
进一步的，石墨、硅料和五氧化二铌的质量比为1:20:3。
进一步的，硅料为一氧化硅和多孔硅的混合物，其中一氧化硅和多孔硅的混合比为2:1。
进一步的，研磨球，其球料比为5:1，转速为800rpm，球磨时间为90min。
(2)将混合料置于搅拌器中，并向搅拌器内加入溶剂，再加入8％的碳源添加剂，搅拌使混合料分散均匀后，升温至80℃，至溶剂完全蒸干，冷冻干燥，获得混合物。
进一步的，溶剂为乙醇。
进一步的，溶剂添加量为混合物的6倍。
进一步的，碳源添加剂为甘油三醇。
(3)将混合物造粒后，预热至300℃，在于惰性气氛中煅烧，制得石墨基复合负极材料。
进一步的，惰性气氛的气体为氩气。
进一步的，惰性气氛的煅烧温度为560℃，时间为3h。
此外，本发明还采用上述的制备方法制备得到的锂离子电池石墨基复合负极材料。
实施例2
本发明提供了一种锂离子电池石墨基复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨、硅料和五氧化二铌置于研磨球中，球磨获得混合料。
进一步的，石墨、硅料和五氧化二铌的质量比为1:20:3。
进一步的，硅料为一氧化硅和多孔硅的混合物，其中一氧化硅和多孔硅的混合比为2:1。
进一步的，研磨球，其球料比为5:1，转速为1000rpm，球磨时间为105min。
(2)将混合料置于搅拌器中，并向搅拌器内加入溶剂，再加入8％的碳源添加剂，搅拌使混合料分散均匀后，升温至88℃，至溶剂完全蒸干，冷冻干燥，获得混合物。
进一步的，溶剂为丙酮。
进一步的，溶剂添加量为混合物的6倍。
进一步的，碳源添加剂为一元羧酸。
(3)将混合物造粒后，预热至310℃，在于惰性气氛中煅烧，制得石墨基复合负极材料。
进一步的，惰性气氛的气体为氩气。
进一步的，惰性气氛的煅烧温度为630℃，时间为4h。
此外，本发明还采用上述的制备方法制备得到的锂离子电池石墨基复合负极材料。
实施例3
本发明提供了一种锂离子电池石墨基复合负极材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨、硅料和五氧化二铌置于研磨球中，球磨获得混合料。
进一步的，石墨、硅料和五氧化二铌的质量比为1:20:3。
进一步的，硅料为一氧化硅和多孔硅的混合物，其中一氧化硅和多孔硅的混合比为2:1。
进一步的，研磨球，其球料比为5:1，转速为1200rpm，球磨时间为120min。
(2)将混合料置于搅拌器中，并向搅拌器内加入溶剂，再加入8％的碳源添加剂，搅拌使混合料分散均匀后，升温至96℃，至溶剂完全蒸干，冷冻干燥，获得混合物。
进一步的，溶剂为丙酮。
进一步的，溶剂添加量为混合物的6倍。
进一步的，碳源添加剂为一元羧酸。
(3)将混合物造粒后，预热至320℃，在于惰性气氛中煅烧，制得石墨基复合负极材料。
进一步的，惰性气氛的气体为氩气。
进一步的，惰性气氛的煅烧温度为700℃，时间为4h。
此外，本发明还采用上述的制备方法制备得到的锂离子电池石墨基复合负极材料。
性能检测
分别采用实施例1、实施例2和实施例3的方法制备复合负极材料，并分别作为实验1组、实验2组和实验3组，按照专利申请号为CN201910017791.1的方法制备合负极材料，作为对比组。
将所得材料进行扣式电池组装和充放电循环测试，相关数据记录于表1、表2和表3。
表1：首次可逆容量的统计表
Figure BDA0003622542930000071
组别 n 首次可逆容量(mAh/g)
实验1组 6 1622
实验2组 6 1631
实验3组 6 1618
对照组 6 1235
由表1和图1可知，与对照组相比，实验组(实验1组、实验2组和实验3组)首次可逆容量均明显优于空白组(p＜0.05)，各实验组之间首次可逆容量差异并不明显(p＞0.05)。本发明所提供的方法制备的锂离子电池石墨基复合负极材料，具有较高的首次可逆容量性能。
表2：首次充放电效率的统计表
Figure BDA0003622542930000081
组别 n 首次充放电效率(％)
实验1组 6 90.4
实验2组 6 91.2
实验3组 6 90.8
对照组 6 85.7
由表2和图2可知，与与对照组相比，实验组(实验1组、实验2组和实验3组)首次充放电效率均明显好于对照组(p＜0.05)，并且各实验组之间首次充放电效率差异并不明显，不具有统计学意义。本发明所提供的方法制备的锂离子电池石墨基复合负极材料，具有较高的优异的充放电效率。
表3：循环容量保持的统计表
Figure BDA0003622542930000082
组别 n 50次循环容量保持(％)
实验1组 10 61.2
实验2组 10 60.8
实验3组 10 60.6
对照组 10 33.5
由表3和图3可知，与对照组相比，实验组(实验1组、实验2组和实验3组)的循环稳定性能明显优于对照组(p＜0.05)，各实验组之间循环稳定性能差异并不明显(p＞0.05)。本发明所提供的方法制备的锂离子电池石墨基复合负极材料，具有稳定的循环性能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种锂离子电池石墨基复合负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将石墨、硅料和五氧化二铌置于研磨球中，球磨获得混合料；
(2)将混合料置于搅拌器中，并向搅拌器内加入溶剂，再加入8％的碳源添加剂，搅拌使混合料分散均匀后，升温至80-96℃，至溶剂完全蒸干，冷冻干燥，获得混合物；
(3)将混合物造粒后，预热至300-320℃，在于惰性气氛中煅烧，制得石墨基复合负极材料。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池石墨基复合负极材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的石墨、硅料和五氧化二铌的质量比为1:20:3。
3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池石墨基复合负极材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的硅料为一氧化硅和多孔硅的混合物，其中一氧化硅和多孔硅的混合比为2:1。
4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池石墨基复合负极材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的研磨球，其球料比为5:1，转速为800-1200rpm，球磨时间为90-120min。
5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池石墨基复合负极材料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的溶剂为乙醇或丙酮中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池石墨基复合负极材料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的溶剂添加量为混合物的6倍。
7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池石墨基复合负极材料的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的碳源添加剂为甘油三醇或一元羧酸中的任一种。
8.根据权利要求1所述的一种锂离子电池石墨基复合负极材料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的惰性气氛的气体为氩气。
9.根据权利要求1所述的一种锂离子电池石墨基复合负极材料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的惰性气氛的煅烧温度为560-700℃，时间为3-4h。
10.如权利要求1-9任一项所述的制备方法制备得到的锂离子电池石墨基复合负极材料。
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