[发明专利]一种锂离子电池负极材料的制备方法及其材料

说明书

本发明涉及锂电池材料技术领域，具体涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法及其材料，本发明的锂离子电池负极材料，其为过渡金属氧化物插层石墨，所述过渡金属氧化物位于石墨的层间，使其相比石墨具有更大的层间距、相对更高的嵌锂电位和克容量，使其在低温下更好的脱嵌锂离子，与现在商用的石墨负极相比，其更适合在低温的特殊领域上应用；本发明的制备方法，采用原位合成的方法，将过渡金属有机盐与石墨反应，将过渡金属引入石墨层间，再通过氧化、煅烧将其转化成金属氧化物，成功制备得到过渡金属氧化物插层石墨复合材料。

技术领域

本发明涉及锂电池材料技术领域，特别是涉及一种锂离子电池负极材料的制备方法及其材料。

背景技术

人们对电子产品的要求越来越高。锂离子电池由于其高能量密度、较高的电压平台、使用寿命周期较长、环境友好等优点，目前已广泛应用在越来越多的电子产品中，作为这种便携式设备的主要能源供给，除此以外，锂离子电池也应用在航空航天、国防军工、潜艇和电动汽车等特殊领域，但由于较差的低温性能，使其在特殊领域上的应用，乃至在寒冷地区应用都受到了限制，如在零下30℃以下，其性能变得很差，甚至无法正常工作。

限制锂离子电池在低温下使用的因素主要有电解液、正负极材料和隔膜，而石墨作为锂离子电池的主要负极材料，其较低的嵌锂电位是影响锂离子电池低温充电析锂的重要因素。

石墨具有稳定的层状结构，化学稳定性好，其作为锂离子电池负极时，几乎不会发生副反应，且层间间距与Li+的直径十分接近，能够顺利的嵌入，在脱嵌过程中，也能始终保持其稳定的层状结构，在首次嵌锂时形成稳定的SEI膜能够保护石墨电极，并且隔离电极与电解液，阻止电池容量的损耗。但是在低温下充电时，因为电解液中离子扩散速率降低，电池内部极化增大，而石墨的嵌锂电位相对较低，且层间间距没有发生改变，导致锂离子容易从石墨表面析出，形成锂枝晶，从而使得电池的容量急剧下降，循环性能变差，甚至引发安全隐患。

目前针对低温石墨改性的方法主要是表面包覆，改善其界面性能。但是这种方式并不能从根本上改变石墨材料在-40℃甚至更低温度下锂离子的嵌入问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种锂离子电池负极材料的制备方法及其材料，本发明的制备方法，其工艺简单，制备容易，满足工业化的生产制造需求；本发明的负极材料，具有较好的低温充放电性能，使用安全。

本发明采用的技术方案是：

一种锂离子电池负极材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、对可膨胀石墨进行高温处理，之后置于乙醇中超声分散；

S2、将经S1处理的石墨与过渡金属有机盐在有机溶液中混合，搅拌和干燥；

S3、将经S2处理的混合物置于反应釜中，采用高纯惰性气体置换后，接着充入高纯惰性气体，密封，加热保温处理后，自然冷却，放压，取出，使用有机溶液清洗，干燥后即得过渡金属有机盐插层石墨材料；

S4、将经S3处理的过渡金属有机盐插层石墨材料，加入到H₂O₂中，加热保温处理后，自然冷却，过滤后置于真空环境中干燥；

S5、将经S4处理的材料，在惰性气体下煅烧，即得负极材料。

进一步地，S1中，在900～950℃下保温30～45min进行高温处理；超声分散时间为8～10h。

进一步地，S2中，所述过渡金属有机盐为有机镍盐、有机锰盐、有机钴盐和有机铁盐中的任一种；所述有机溶剂为丙酮、苯、乙醚和甲苯溶液中的任一种或任几种；搅拌时间为5～6h。

进一步地，所述有机镍盐为二茂镍或二乙酰丙酮镍；所述有机锰盐为乙酰丙酮锰或2-甲基环戊二烯三羧基锰；所述有机钴盐为乙酰丙酮钴或四水合乙酸钴；所述有机铁盐为二茂铁或柠檬酸铁。