锂离子电池负极材料及其制备方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910266555.3 (22)申请日 2019.04.03 (71)申请人 江苏城工建设科技有限公司 地址 213011 江苏省常州市戚墅堰五一路 303号 申请人 常州工学院 (72)发明人 丁川史贵才黄小红操林海 (74)专利代理机构 常州佰业腾飞专利代理事务 所(普通合伙) 32231 代理人 王巍巍 (51)Int.Cl. H01M 4/36(2006.01) H01M 4/583(2010.01) H01M 4/58(2010.01) H01M 10/0525(。

2、2010.01) H01M 4/02(2006.01) (54)发明名称 一种锂离子电池负极材料及其制备方法 (57)摘要 本发明属于锂离子电池技术领域， 具体涉及 一种锂离子电池负极材料及其制备方法。 制备方 法： (1)将黑磷烯与葡萄糖溶液进行混合后， 进行 水热反应， 离心、 洗涤、 干燥后， 得到碳前驱体包 裹黑磷烯； (2)将氧化石墨烯和步骤(1)中得到的 碳前驱体包裹黑磷烯置于去离子水中超声分散 均匀后进行水热反应后， 在氮气保护下， 进行煅 烧， 冷却后得到碳包裹黑磷烯/石墨烯负极材料。 本发明制备的碳包裹黑磷烯/石墨烯负极材料具 有优良的容量比和循环稳定性能， 其循环100圈 。

3、的容量保持率达到90左右。 权利要求书1页 说明书3页 CN 110112379 A 2019.08.09 CN 110112379 A 1.一种锂离子电池负极材料的制备方法， 其特征在于， 包括如下步骤： (1)将黑磷烯与葡萄糖溶液进行混合， 超声分散均匀， 得到混合溶液， 进行水热反应， 离 心、 洗涤、 干燥后， 得到碳前驱体包裹黑磷烯； (2)将氧化石墨烯和步骤(1)中得到的碳前驱体包裹黑磷烯置于去离子水中超声分散 均匀， 得到混合液， 将该混合液进行水热反应后， 置于真空管式炉中， 在氮气保护下， 进行煅 烧， 冷却后得到碳包裹黑磷烯/石墨烯负极材料。 2.根据权利要求1所述的锂离子。

4、电池负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(1)中所 述超声的频率为30-50Hz， 超声的时间为0.5-1h； 水热反应的温度为120-160， 反应时间为 10-12h。 3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(1)所述 混合溶液中黑磷烯与葡萄糖的质量比为0.1-1。 4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(2)中氧 化石墨烯与碳前驱体包裹黑磷烯的质量比为15-20： 2-5。 5.根据权利要求1所述的锂离子电池负极材料的制备方法， 其特征在于， 步骤(2)所述 水热反应的温度为120-160， 反应时间为10-12。

5、h； 所述煅烧的温度为400-600， 煅烧的时 间为1-3h。 6.一种根据权利要求1-5任一项所述方法制备的锂离子电池负极材料。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110112379 A 2 一种锂离子电池负极材料及其制备方法 技术领域 0001 本发明属于锂离子电池技术领域， 具体涉及一种锂离子电池负极材料及其制备方 法。 背景技术 0002 锂离子电池具有比容量大、 放电电压高而平稳、 低温性能好、 环境友好、 安全、 寿命 长等优点。 锂离子电池主要有正极、 负极、 电解液和隔膜组成， 正极材料多为过渡金属嵌锂 化合物， 如层状结构的LiCoO2、 LiNiO2、 LiNi1-x-y。

6、MnyO2(0 x， y1， x+y1)。 锂离子电池负极 材料是决定电池性能的主要因素之一。 目前， 商业化的锂离子电池负极材料主要以石墨为 主， 这类材料具有较好的循环稳定性， 但缺点是其容量较低(充放电时理论容量为372mAh/ g)， 充放电时的电压范围也较低(00.25V， )循环稳定性有待进一步提高。 0003 石墨烯是近年发现的二维碳原子晶体， 是一种单层或多层极薄的石墨材料， 具有 极大的理论表面积(2600m2/g)、 材料本身的电子迁移率高(15000cm2/(VS)、 化学稳定性 好以及力学性能优异， 因而具有较高的储锂能力。 目前石墨烯用于锂离子电池正负极材料 的修饰研。

7、究也有较多报道， 但是， 在充放电过程中石墨烯材料的容量也会发生衰减， 其循环 稳定性能较差， 主要是因为石墨烯材料在嵌锂过程中体积膨胀造成的， 还有一部分原因是 石墨烯的氧化还原电位不够高， 锂离子的迁移速率有待进一步提高。 0004 与石墨烯优异的导电性不同， 黑磷烯是一种半导体材料， 相比于其他二维材料如 石墨烯、 MoS2等， 黑磷烯的各项指标却都相对平衡， 因此保证了黑磷烯材料具有良好的应用 前景。 研究发现每个P原子可以与3个Li+反应， 生成Li3P材料， 理论比容量为2596mAh/g， 电压 范围为0.4-1.2V， 具有极大的应用潜力。 但是其与其他高容量锂离子电池负极材料。

8、一样， 在 充放电循环过程中磷材料的容量会发生快速衰减， 主要是因为磷材料在嵌锂过程中体积膨 胀导致， 这也是限制其广泛应用的原因之一。 发明内容 0005 为了解决现有技术中锂离子电池的充放电容量低和循环稳定性较差的问题， 本发 明在于提供一种锂离子电池负极材料及其制备方法。 0006 本发明是通过如下技术方案实现的： 0007 一种锂离子电池负极材料的制备方法， 包括如下步骤： 0008 (1)将黑磷烯与葡萄糖溶液进行混合， 超声分散均匀， 得到混合溶液， 进行水热反 应， 离心、 洗涤、 干燥后， 得到碳前驱体包裹黑磷烯； 0009 (2)将氧化石墨烯和步骤(1)中得到的碳前驱体包裹黑磷。

9、烯置于去离子水中超声 分散均匀， 得到混合液， 将该混合液进行水热反应后， 置于真空管式炉中， 在氮气保护下， 进 行煅烧， 冷却后得到碳包裹黑磷烯/石墨烯负极材料。 0010 优选地， 步骤(1)中所述超声的频率为30-50Hz， 超声的时间为0.5-1h； 水热反应的 温度为120-160， 反应时间为10-12h。 说明书 1/3 页 3 CN 110112379 A 3 0011 优选地， 步骤(1)所述混合溶液中黑磷烯与葡萄糖的质量比为0.1-1。 0012 优选地， 步骤(2)中氧化石墨烯与碳前驱体包裹黑磷烯的质量比为15-20： 2-5。 0013 优选地， 步骤(2)所述水热反。

10、应的温度为120-160， 反应时间为10-12h； 所述煅烧 的温度为400-600， 煅烧的时间为1-3h。 0014 本发明的另一个目的在于提供一种所述的方法制备的锂离子电池负极材料。 0015 本发明的有益效果： 0016 (1)本发明通过将黑磷烯与葡萄糖进行反应， 使得黑磷烯表面被碳前驱体包裹， 再 利用氧化石墨烯先与碳前驱体包裹黑磷烯进行水热反应， 有利于碳前驱体包裹黑磷烯与氧 化石墨烯之间通过含氧官能团形成稳定的结构， 再通过高温煅烧， 使得碳前驱体进一步碳 化生成碳， 并包裹住黑磷烯， 同时， 氧化石墨烯被还原成石墨烯， 进而形成稳定的碳包裹黑 磷烯/石墨烯负极材料。 0017。

11、 (2)本发明制备的碳包裹黑磷烯/石墨烯负极材料， 既克服了黑磷烯无包裹时由于 体积膨胀导致的循环稳定性较差的问题， 同时黑磷烯的层状结构存在又增加了负极材料的 隧道结构， 更有利于Li+在层间的迁移， 提高了迁移速率， 增加了负极材料的导电性能。 0018 (3)本发明所制备的碳包裹黑磷烯/石墨烯负极材料用于锂离子电池的负极可以 有效提高锂离子电池的比容量和循环稳定性。 具体实施方式 0019 下面通过具体实施例对本发明做进一步的解释说明。 0020 实施例1 0021 碳包裹黑磷烯/石墨烯负极材料的制备： 0022 (1)将黑磷烯与葡萄糖溶液进行混合， 其中黑磷烯与葡萄糖的质量比为0.2，。

12、 超声 分散均匀， 得到混合溶液， 转移至反应釜中进行150条件下水热反应12h， 离心、 分别用乙 醇和去离子洗涤、 干燥后， 得到碳前驱体包裹黑磷烯； 0023 (2)将氧化石墨烯和步骤(1)中得到的碳前驱体包裹黑磷烯置于去离子水中超声 分散均匀， 其中氧化石墨烯与碳前驱体包裹黑磷烯的质量比为17： 2， 得到混合液， 将该混合 液转移至反应釜中， 在150条件下水热反应12h， 置于真空管式炉中， 在氮气保护下， 450 条件下进行煅烧， 冷却后得到碳包裹黑磷烯/石墨烯负极材料。 0024 实施例2 0025 碳包裹黑磷烯/石墨烯负极材料的制备： 0026 (1)将黑磷烯与葡萄糖溶液进行。

13、混合， 其中黑磷烯与葡萄糖的质量比为0.5， 超声 分散均匀， 得到混合溶液， 转移至反应釜中进行120条件下水热反应12h， 离心、 分别用乙 醇和去离子洗涤、 干燥后， 得到碳前驱体包裹黑磷烯； 0027 (2)将氧化石墨烯和步骤(1)中得到的碳前驱体包裹黑磷烯置于去离子水中超声 分散均匀， 其中氧化石墨烯与碳前驱体包裹黑磷烯的质量比为15： 3， 得到混合液， 将该混合 液转移至反应釜中， 在120条件下水热反应12h， 置于真空管式炉中， 在氮气保护下， 400 条件下进行煅烧， 冷却后得到碳包裹黑磷烯/石墨烯负极材料。 0028 实施例3 0029 碳包裹黑磷烯/石墨烯负极材料的制备。

14、： 说明书 2/3 页 4 CN 110112379 A 4 0030 (1)将黑磷烯与葡萄糖溶液进行混合， 其中黑磷烯与葡萄糖的质量比为1.0， 超声 分散均匀， 得到混合溶液， 转移至反应釜中进行160条件下水热反应10h， 离心、 分别用乙 醇和去离子洗涤、 干燥后， 得到碳前驱体包裹黑磷烯； 0031 (2)将氧化石墨烯和步骤(1)中得到的碳前驱体包裹黑磷烯置于去离子水中超声 分散均匀， 其中氧化石墨烯与碳前驱体包裹黑磷烯的质量比为4： 1， 得到混合液， 将该混合 液转移至反应釜中， 在160条件下水热反应10h， 置于真空管式炉中， 在氮气保护下， 600 条件下进行煅烧， 冷却后。

15、得到碳包裹黑磷烯/石墨烯负极材料。 0032 对比例1 0033 黑磷烯材料。 0034 对比例2： 0035 石墨烯材料。 0036 锂离子电池的制备： 0037 将正极活性材料镍酸锂、 丁基橡胶按质量比为10:1， 加入N-甲基-2-吡咯烷酮混合 均匀， 然后均匀地涂抹在铜箔上， 并放入真空干燥箱于80下干燥， 得到锂离子电池的正 极。 将实施例13和对比例13所得的材料通过压实后， 切片， 放入80烘箱中烘干， 得到 锂离子电池的负极。 使用聚乙烯膜作为锂离子电池的隔膜， 电解液为1mol/L的六氟磷酸锂。 在真空手套箱中， 将正极、 负极、 电解液和隔膜按照电池制作工艺组装成锂离子电池。 0038 将实施例13和对比例12制备得到的锂离子电池进行循环稳定性能测试， 常温 下， 在0.2C电流条件下进行循环100次， 测试结果如表1所示： 0039 表1 0040 0041 由表1可以看出， 本发明制备的碳包裹黑磷烯/石墨烯负极材料作为锂离子电池的 负极， 可以显著提高锂离子电池的比容量和循环稳定性能。 0042 对本领域的技术人员来说， 可根据以上描述的技术方案以及构思， 做出其它各种 相应的改变以及形变， 而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围 之内。 说明书 3/3 页 5 CN 110112379 A 5 。