[发明专利]预嵌锂硬炭材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种预嵌锂硬炭材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将硬炭活性材料、粘结剂、导电剂混合，加入溶剂搅拌均匀后得浆料，将浆料涂覆于铜箔上，干燥后制得初始硬炭材料；S2、在惰性气体保护氛围下，添加电解液于初始硬炭材料上直至电解液浸湿初始硬炭材料的表面，随后将金属锂片Ⅰ完全覆盖于初始硬炭材料上进行预嵌锂反应，经过一定的反应时间t，移除金属锂片Ⅰ，得预嵌锂硬炭材料，0min＜t≤120min。本发明具有操作简便、耗时短、成本低、能提高负极材料首次库伦效率等优点。

技术领域

本发明涉及锂离子电池硬炭负极材料领域，特别是涉及一种预嵌锂硬炭材料及其制备方法和应用。

背景技术

由于锂离子电池中负极材料存在较高的首次不可逆容量和低的首次库伦效率，与正极材料组成电池后，不可避免地要损耗掉一部分正极材料中的锂，导致锂离子电池的可逆容量和能量密度下降明显。因此，提高负极材料的首次库伦效率具有重要意义。

近年来，在负极材料预先进行预嵌锂方法被认为是一种能有效解决该问题的方法，目前，现有技术中负极材料的预嵌锂方法主要有以下几种：1)使用锂离子电池正极或锂片作为锂源，通过外短路的方法对负极嵌锂。如申请号为201310001315.3的中国发明专利申请公开了一种锂离子电容器负极预嵌锂的方法，该方法将锂片与负极通过外部电路连接，放电1～60h实现预嵌锂。但是，上述方法仅适用于锂离子电容器，并且其耗时太长导致时间成本较高。2)使用金属锂作为锂源，将其贴附在涂覆有活性材料的多孔铜网或铜箔的背面，注入有机电解液后组装成锂离子电容器。同样地，该方法仅应用于电容器上，另外，在该方法中金属锂消耗完全后会留下空间，致使电容器体积比能量降低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提供一种操作简便、耗时短、成本低、能提高负极材料首次库伦效率的预嵌锂硬炭材料及其制备方法，相应地，本发明还提供前述制备方法中的预嵌锂硬炭材料在锂离子电池中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种预嵌锂硬炭材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将硬炭活性材料、粘结剂、导电剂混合，加入溶剂搅拌均匀后得浆料，将浆料涂覆于铜箔上，干燥后制得初始硬炭材料；

S2、在惰性气体保护氛围下，添加电解液于初始硬炭材料上直至电解液浸湿初始硬炭材料的表面，随后将金属锂片完全覆盖于初始硬炭材料上进行预嵌锂反应，经过一定的反应时间t，移除金属锂片，得预嵌锂硬炭材料，0min＜t≤120min。

作为对上述技术方案的进一步改进：

所述步骤S1中硬炭活性材料为硬炭/石墨烯复合材料，所述粘结剂为聚偏氟乙烯或羧甲基纤维素，所述导电剂为Super P、乙炔黑、导电碳黑或碳纳米管的一种或多种，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮或水。

所述步骤S2中电解液中溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲丙酯、碳酸二丙酯的一种或多种，电解液中锂盐为LiPF₆、LiBOB、LiSO₃CF₃、LiBF₄、LiAsF₆、Li(CF₃SO₂)₂N、LiC(CF₃SO₂)₃中的一种或多种。

所述步骤S2中电解液中锂盐的摩尔浓度比为0.5mol/L～1.5mol/L，所述步骤S1中硬炭活性材料、粘结剂、导电剂的质量比为8～9∶0.5～1∶0.5～1。

所述硬炭/石墨烯复合材料由以下步骤制备而成：

S1-1、将Hummers方法制得的氧化石墨烯和硬炭加入到体积分数为含20％乙醇的水溶液中混合得悬浮液Ⅰ；