[发明专利]一种锂离子电池碳纳米管复合补锂材料及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了一种锂离子电池碳纳米管复合补锂材料及其制备方法与应用，所述补锂材料包括质量比为1：0.7～35的碳纳米管纤维和金属锂颗粒的复合物，所述金属锂颗粒均匀地分布于碳纳米管纤维的内部及表面，分布于碳纳米管纤维表面的所述金属锂颗粒还包覆有碳层。本发明补锂材料以碳纳米管纤维为载体，其内部和表面均分散有金属锂颗粒，部分锂包覆在纤维内，避免了电池循环过程中表面的碳脱离碳纳米管纤维表面，造成死锂的现象，可在电池循环过程中持续提供锂补充，进而提高电池的首次充放电效率、循环保持率和能量密度。本发明采用静电纺丝制备复合补锂材料，所得锂离子电池补锂材料的性能稳定，工艺简单，易于实现。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，尤其涉及一种锂离子电池碳纳米管复合补锂材料及其制备方法与应用。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、比能量大、体积小、质量轻、循环寿命长等特点，使其成为汽车产业发展竞争的焦点。随着锂离子电池在便携式电子设备、电动自行车和电动汽车领域的不断发展，其对锂离子电池能量密度等性能的要求越来越高。

在锂离子电池首次充放电过程中，电极材料会与电解液在固液相界面发生反应并形成固体电解质膜(SEI膜)钝化膜，大量消耗活性锂离子，从而造成首次不可逆库伦效率低下，降低了电池的能量密度及性能的发挥。在负极材料中添加锂金属或含锂化合物可以补充锂离子电池首次充放电消耗的锂离子，提高电池的首次效率，同时补充由形成SEI膜消耗的锂，提高锂离子的传输速率，并提高电池的循环性能。

目前常见的补锂方式有原位掺杂补锂、电化学补锂及化学预补锂法，然而上述方法均对环境要求高且存在易燃等安全隐患，限制了各个方法的进一步推广应用。

现有技术CN110010860A提供了一种用于锂离子电池的复合负极材料，包括硅/碳纳米管复合纤维布以及形成在其表面的碳层，但该材料中不含锂离子，因此尽管该材料具有较高的循环后容量剩余率，但无法起到补锂效果。CN109301188A公开了一种高分散的锂离子电池补锂材料，该补锂材料为表面均匀的分散有金属锂粒子的石墨烯片；所述的金属锂粒子的表面包覆有碳层；该锂离子电池补锂材料能够明显地提高锂离子电池的首次充放电效率和电池的循环性能，但由于金属锂颗粒全部分布在石墨烯的表面，片状石墨烯表面的锂可能会在循环过程中粉碎脱离石墨烯表面，造成死锂，大大降低了该材料的有效性。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题，提供一种锂离子电池碳纳米管复合补锂材料及其制备方法与应用，该补锂材料以碳纳米管纤维为载体，其内部和表面均分散有金属锂颗粒，部分锂是包覆在纤维内的，可在电池循环过程中持续提供锂补充。

一方面，本发明提供了一种锂离子电池碳纳米管补锂材料，所述补锂材料包括质量比为1：0.7～35的碳纳米管纤维和金属锂颗粒的复合物，所述金属锂均匀分布于碳纳米管纤维的内部及表面，分布于碳纳米管纤维表面的所述金属锂还包覆有碳层。

进一步的，碳纳米管纤维和金属锂颗粒的质量比为1：1～10，优选的，碳纳米管纤维和金属锂颗粒的质量比1:7。

另一方面，本发明还提供了所述的锂离子电池碳纳米管补锂材料的制备方法，其包括以下步骤：

(1)惰性气氛下，将碳纳米管加入烷烃溶剂中，得到碳纳米管分散液；

(2)惰性气氛下，在有机锂溶液中加入步骤(1)得到的碳纳米管分散液，分散均匀，得到纺丝液；

(3)将步骤(2)得到的纺丝液进行静电纺丝处理，得到纺丝物；

(4)将步骤(3)得到的纺丝物，以烷烃气体为碳源，高温煅烧进行包碳，即得所述复合补锂材料。

进一步的，步骤(1)中，惰性气氛为氮气、氩气中的一种或其组合。

所述碳纳米管加入烷烃溶剂中，依次进行超声分散、磁力搅拌。