[发明专利]一种高库仑效率和循环寿命的锂离子电池负极材料

说明书

本发明公开了一种高库仑效率和循环寿命的锂离子电池负极材料。将有机锂盐和微晶石墨通过湿法球磨混合后，干燥，得到前驱体；所述前驱体置于空气气氛中煅烧，即得锂掺杂微晶石墨。锂掺杂微晶石墨能够弥补SEI膜形成时造成的锂损失，同时能够降低电解液的分解，作为锂离子电池负极材料具有优异的库伦效率和循环寿命，且锂掺杂微晶石墨的制备方法简单，原料成本低，经济效益高，适合工业化生产应用。

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池负极材料，特别涉及一种锂掺杂微晶石墨及其制备方法，还涉及锂掺杂微晶石墨作为锂离子电池碳负极材料的应用，属于二次电池领域。

背景技术

可再生的清洁能源(如风能、潮汐能、太阳能和地热能等)由于受自然条件(如季节、时间和地域等)的影响具有间歇性、随机性和不稳定性等特点，导致其难以直接输入电网供人类使用；储能技术则能有效提高大规模及分布式可再生能源接入能力；在众多的储能技术(包括超级电容器、铅酸电池和镍镉电池等)中，锂离子电池凭借工作电压高、比能量大、寿命长、自放电率小和温度范围宽等优势占据了主导地位，已经被广泛应用于各类便携式电子产品、电动汽车技术(主要包括EV和HEV等)和大规模储能系统等领域。

电池的正负极材料是产生电能的源泉，因此锂离子电池负极材料是决定电池基本特性的重要组成部分。鳞片石墨作为商品化的锂离子电池消耗保持快速增长，导致鳞片石墨资源越来越少，因此需要开发出储量丰富价格低廉的新型负极材料。微晶石墨由于具有高的可逆容量、适当的电位和低成本等优点，是一种极有前景的锂二次电池负极材料。但是微晶石墨作为锂离子电池负极材料时仍然存在与鳞片石墨相同的问题，如促进电解液分解和促进表面SEI膜形成等问题，这些问题导致锂离子电池在循环过程中不可逆容量的改变和低的库伦效率。研究发现预嵌锂技术能够提高电池的库伦效率和循环稳定性。常见的预嵌锂技术是在石墨电极材料中添加惰性锂粉(FMC，SLMP)或者锂金属进行补锂，或者是使用高浓度的电解液进行补锂。但是锂金属补锂这种锂方式对环境要求高，锂金属的残留可能存在很大的安全隐患；而电解液补锂会消耗电解液中的锂离子，同时会产生副产物或者气体等，所以这些补锂方式存在明显的缺点，对微晶石墨补锂效果不好，因此针对微晶石墨开发出安全绿色的预嵌锂技术迫在眉睫。

发明内容

针对现有微晶石墨作为锂离子电极材料存在的库伦效率低和循环寿命差的问题，本发明的目的是在于提供一种锂掺杂微晶石墨材料，该通过在微晶石墨中掺杂锂，大大提高了其结构稳定性，同时锂掺杂微晶石墨材料保持了其优良导电性性，在锂离子电池中具有较好的应用前景。

本发明的另一个目的是在于提供一种工艺简单、重复性好、成本低廉、环境友好、适合大规模生产的制备上述锂掺杂微晶石墨材料的方法。

本发明的第三个目的是在于提供一种锂掺杂微晶石墨材料的应用，其具有优良导电性和结构稳定性，作为锂离子电池负极应用，制备的锂离子电池表现出高的比容量、高库伦效率和长循环稳定性能。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种锂掺杂微晶石墨的制备方法，该方法是将有机锂盐和微晶石墨通过湿法球磨混合后，干燥，得到前驱体；所述前驱体置于空气气氛中煅烧，即得锂掺杂微晶石墨。

优选的方案，所述有机锂盐包括草酸锂、醋酸锂、柠檬酸锂中至少一种。优选的锂盐在球磨介质中溶解分散性好，使其能够更加均匀分散吸附在微晶石墨表面及层间，且优选的锂盐价格低廉，有利于降低生产成本。

优选的方案，有机锂盐和微晶石墨的质量比为0.01～0.2:1。

优选的方案，所述湿法球磨采用的球磨介质为乙醇、丙酮、水中至少一种。优选的球磨介质对微晶石墨润湿性能好，且这些介质同时作为分散剂，能够使微晶石墨和有机锂盐混合的更加均匀。

优选的方案，所述湿法球磨条件为：球料质量比为20～40:1，球磨转速为100～1000rpm，时间为1～20h。优选的球磨转速为300～600rpm