[发明专利]用于锂硫电池负极的碳包覆纳米硼锂复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及锂离子电池技术，旨在提供一种用于锂硫电池负极的碳包覆纳米硼锂复合材料的制备方法。包括：将葡萄糖、尿素和偏硼酸锂加入去离子水中，超声振动混合溶解；溶液经喷雾干燥后，在106℃下固化6小时形成前驱体；在氮气氛围保护下升温至500℃，恒温碳化2小时后，在900～1300℃下加热2～10小时，得到碳包覆纳米硼锂复合材料。本发明中以碳包覆纳米硼锂为负极材料形成的锂硫电池，其电芯可在干燥的空气中生产，极大地提高了锂硫电池生产的安全和可靠性，以及生产效率，降低了设备成本和生产成本。能极大地提高硼锂电极的充放电循环稳定性，提高锂硫离子电池的高倍率充放电循环寿命。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池技术，更具体地说，本发明涉及用于锂硫电池负极的碳包覆纳米硼锂复合材料的制备方法。

背景技术

锂离子电池具有重量轻、容量大、无记忆效应等优点，因而得到了普遍应用。现在的许多数码设备都采用了锂离子电池作电源。锂离子电池的能量密度很高，它的容量是同重量的镍氢电池的1.5～2倍，而且具有很低的自放电率、不含有毒物质等优点是它广泛应用的重要原因。1990年日本Nagoura等人研制成以石油焦为负极，以LiCoO₂为正极的锂离子电池：LiC₆|LiClO₄-PC+EC|LiCoO₂。同年。Moli和sony两大电池公司宣称将推出以石墨碳为负极的锂离子电池。1991年，日本索尼能源技术公司与电池部联合开发了一种以聚糖醇热解碳(PFA)为负极的锂离子电池。锂离子电池传统负极材料有石墨(C₆)，硫化物：TiS₂、NbS₂，氧化物：WO₃、V₂O₅、SnO₂等。以石墨负极材料为例，充放电过程中负极反应：

C₆+xLi⁺+xe＝＝Li_xC₆

当对电池进行充电时，电池的正极上有锂离子生成，生成的锂离子经过电解液运动到负极。而作为负极的石墨呈层状结构，到达负极的锂离子就嵌入到石墨层间，形成嵌锂化合物(Li_xC₆)，嵌入的锂离子越多，充电容量越高。当对电池进行放电时，嵌在石墨层中的锂离子脱出，又运动回到正极。能够回到正极的锂离子越多，放电容量越高。

作为锂电池的负极材料必须是具备以下要求：(1)锂贮存量高；(2)锂在负极材料中的嵌入、脱嵌反应快，即锂离子在固相中的扩散系数大，在电极－电解液界面的移动阻抗小；(3)锂离子在电极材料中的存在状态稳定；(4)在电池的充放电循环中，负极材料体积变化小；(5)电子导电性高；(6)负极材料在电解液中不溶解。

负极材料的选择对电池的性能有很大的影响。目前锂电池负极研究开发工作主要集中在碳材料和具有特殊结构的金属氧化物。最常用的是石墨电极，因为石墨导电性好，结晶度较高，具有良好的层状结构，适合锂的嵌入和脱嵌。而且它的嵌锂电位低且平坦，可为锂离子电池提供高的平稳的工作电压为：0.00～0.20V之间(vs.Li⁺/Li)，石墨理论嵌锂容量为372mAh/g，LiC₆的理论脱锂容量为340mAh/g。

目前石墨类负极材料的嵌锂比容量约为330～350mAh/g，无法满足人们对高容量电极的需求。硼锂合金能够可逆脱嵌锂，其中Li₅B₄的理论脱锂容量高达1700mAh/g，是LiC₆理论脱锂容量的5倍。硼的理论嵌锂容量高达3100mAh/g，石墨理论嵌锂容量的8.3倍。硼锂合金作为负极活物质，为锂硫电池提供锂源，是一种极具潜力的锂电池负极材料。