[发明专利]一种表面微氧化多孔碳基负极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种表面微氧化多孔碳基负极材料及其制备方法，该负极材料包括如下重量份的组份：粘土矿物10份‑30份；壳聚糖5份‑8份；阳离子聚合物0.1份‑1份；三‑1‑(2‑甲基氮丙啶)氧化膦0.1份‑1份；导电剂3份‑8份；无水乙醇3份‑8份；草酸钾1份‑3份；粘结剂10份‑15份。本发明通过在壳聚糖和粘土矿物的基础上，添加阳离子聚合物和三‑1‑(2‑甲基氮丙啶)氧化膦，由于阳离子聚合物为多核羟桥络离子，带有很高的正电价，能够紧密地吸附在粘土表面上，形成三维网状结构，在碳化工艺中，使所得到的碳基材料的表面形成多个微氧化多孔，最终得到的碳基负极材料具有良好的充放电性能和循环性能。

技术领域

本发明涉及电池材料技术领域，尤其涉及一种表面微氧化多孔碳基负极材料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池与传统的二次电池相比，具有高能量、高工作电压、高安全性、环境污染小等优点。其中，负极材料作为锂离子电池储锂的主体，在充放电过程中能够实现锂离子的嵌入和脱出，是提高锂离子电池总比容量、循环性能、充放电等性能的关键。在负极材料中，碳基负极材料一直以来都占据着主要地位，在售的锂离子电池中，绝大多数采用石墨化碳基负极材料。然而，石墨的理论比容量只有372mAh/g，这大大限制了锂离子电池的性能。因此，探索新型具有高比容量的碳负极材料成为了研究热点。

近年来，随着碳材料研究工作的不断深入，人们发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整，或使石墨部分无序化，或在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构，使锂离子电池的比容量大大增加。

壳聚糖是由天然甲壳素脱N-乙酰基得到的无毒害作用的大分子聚合物，分子链上含大量活泼的羟基、氨基、乙酰氨基、呋喃环和氧桥等活性配位基团。

粘土矿物是粘土和粘土岩中的晶体，主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物，其包括高岭石族矿物、蒙皂石、蛭石、粘土级云母、伊利石、海绿石、绿泥石和膨胀绿泥石以及有关的混层结构矿物；粘土矿物天然、易得、价格低廉，对水环境的影响较小，具有比表面积大，表面活性强且表面和层间有大量可以交换的阳离子。

因此，如何利用壳聚糖和粘土矿物的优点，将两者结合在一起，使其制备成高比容量的碳负极材料，具有良好的应用前景。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种表面微氧化多孔碳基负极材料，其将利用壳聚糖和粘土矿物的优点，通过碳化工艺，使壳聚糖和粘土矿物形成具有电化学性能好、成本低、绿色环保的硬碳基负极材料。

本发明还提供一种上述表面微氧化多孔碳基负极材料的制备方法。

本发明采用如下技术方案实现：

一种表面微氧化多孔碳基负极材料，包括如下重量份的组份：

粘土矿物10份-30份；壳聚糖5份-8份；阳离子聚合物0.1份-1份；三-1-(2-甲基氮丙啶)氧化膦0.1份-1份；导电剂3份-8份；无水乙醇3份-8份；草酸钾1份-3份；粘结剂10份-15份。

进一步地，所述粘土矿物由质量比为7：10-15：5-8的膨润土、蛭石、硅藻土组成。

进一步地，所述阳离子聚合物为羟基铝、羟基锆中的一种或者两种组合。

进一步地，所述粘土矿物、壳聚糖、阳离子聚合物的质量比为2-3:1:0.1-0.2。

进一步地，所述导电剂为乙炔黑、碳纳米管、纳米碳纤维、膨胀石墨中的一种；所述粘合剂为聚偏二氟乙烯、聚氯乙烯聚乙烯醇、羟甲基纤维素钠中的一种。

本发明还提供一种表面微氧化多孔碳基负极材料的制备方法，包括如下制备步骤：