本发明涉及材料和电化学领域,具体是一种掺锂石墨负极材料及其制备方法。
背景技术:
随着科学技术的发展,人们对化学电源(电池)的性能提出了更高的要求。如:集成电路技术的发展使电子仪器日趋小型化、便携化,相应地要求电池具有体积小、重量轻、比能量高的特点;空间探索技术和国防、军事装备技术的不断发展要求电池具有高比能量和长贮存寿命;环境保护意识的加强使人们对电动汽车的发展日益关注,而这种电池则应具有大的比能量和比功率。在众多的电池体系中,铿电池以其工作电压高、能量密度大和质量轻等优点脱颖而出,受到世界各国的重视。
目前,石墨负极材料由于其优异的性能成为商品化锂电池首选的负极材料,因而对石墨负极的研究一直未停止,高容量和高首次效率是其中的一个热点领域。
技术实现要素:
本发明的目的在于提供一种掺锂石墨负极材料及其制备方法,以解决上述背景技术中提出容量和首次效率问题;
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
一种掺锂石墨负极材料及其制备方法,包括:
步骤一:准确称取一定质量的Li0H.H20加入到250ml去离子水中配制成一定浓度的Li0H.H20水溶液,加入一定量的石墨粉,搅拌1h;
步骤二:将搅拌均匀的混合液加入水热反应釜中,控制体系温度100-180℃,水热反应1-24h;
步骤三:反应结束后自然冷却到室温,分别用去离子水和乙醇清洗4次后在在干燥箱中30-100℃干燥3-25h。
步骤四:将干燥后的粉体放入管式炉中加热以10℃/min升温到300-800℃,恒温1-24h。
步骤五:自然冷却至室温即得所要发明的负极材料,置于真空干燥箱中 备用。
所述Li0H.H20水溶液中Li0H.H20的质量为2-40g。
所述石墨粉包括天然石墨,天然球形石墨,天然鳞片石墨,人造石墨,中间相炭微球其中的一种或多种。
所述石墨粉的粒径(D50)在1μm-50μm之间;
所述石墨粉的质量在100g-400g之间
所述水热反应包括传统水热、微波水热和均相水热中的一种。
本发明的原理为:
本发明通过掺杂锂离子元素于石墨从而形成复合材料,掺杂锂元素是形成SEI膜的化学组分,因而掺杂锂的石墨电极在首次嵌锂时用于形成SEI膜所损失的不可逆容量被有效地抑制,从而可逆嵌锂容量增加,提高首次效率。
本发明方法具有创新性,操作简便易行,可重复性强,成本低,对环境无污染的特点。利用本发明方法制备的锂离子电池用负极材料,具有循环稳定性强、导电性强的特点。
附图说明
图1是本发明实施例6的软包电池循环测试曲线。
图2是本发明实施例6的扫描电镜图片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
步骤一:准确称取10g的Li0H.H20加入到250ml去离子水中配制成一定浓度的Li0H.H20水溶液,加入200g的人造石墨,搅拌1h;
步骤二:将搅拌均匀的混合液加入水热反应釜中,控制体系温度100℃,水热反应24h;
步骤三:反应结束后自然冷却到室温,分别用去离子水和乙醇清洗4次 后在在干燥箱中80℃干燥5h。
步骤四:将干燥后的粉体放入管式炉中加热以10℃/min升温到300℃,恒温3h。
步骤五:自然冷却至室温即得所要发明的负极材料,置于真空干燥箱中备用。
实施例2
步骤一:准确称取15g的Li0H.H20加入到250ml去离子水中配制成一定浓度的Li0H.H20水溶液,加入20g的人造石墨,搅拌1h;
步骤二:将搅拌均匀的混合液加入水热反应釜中,控制体系温度100℃,水热反应24h;
步骤三:反应结束后自然冷却到室温,分别用去离子水和乙醇清洗4次后在在干燥箱中80℃干燥5h。
步骤四:将干燥后的粉体放入管式炉中加热以10℃/min升温到300℃,恒温3h。
步骤五:自然冷却至室温即得所要发明的负极材料,置于真空干燥箱中备用。
实施例3
步骤一:准确称取20g的Li0H.H20加入到250ml去离子水中配制成一定浓度的Li0H.H20水溶液,加入200g的人造石墨,搅拌1h;
步骤二:将搅拌均匀的混合液加入水热反应釜中,控制体系温度100℃,水热反应24h;
步骤三:反应结束后自然冷却到室温,分别用去离子水和乙醇清洗4次后在在干燥箱中80℃干燥5h。
步骤四:将干燥后的粉体放入管式炉中加热以10℃/min升温到300℃,恒温3h。
步骤五:自然冷却至室温即得所要发明的负极材料,置于真空干燥箱中备用。
实施例4
步骤一:准确称取30g Li0H.H20加入到250ml去离子水中配制成一定浓 度的Li0H.H20水溶液,加入200g的人造石墨,搅拌1h;
步骤二:将搅拌均匀的混合液加入水热反应釜中,控制体系温度100℃,水热反应24h;
步骤三:反应结束后自然冷却到室温,分别用去离子水和乙醇清洗4次后在在干燥箱中80℃干燥5h。
步骤四:将干燥后的粉体放入管式炉中加热以10℃/min升温到300℃,恒温3h。
步骤五:自然冷却至室温即得所要发明的负极材料,置于真空干燥箱中备用。
实施例5
步骤一:准确称取40g的Li0H.H20加入到250ml去离子水中配制成一定浓度的Li0H.H20水溶液,加入200g的人造石墨,搅拌1h;
步骤二:将搅拌均匀的混合液加入水热反应釜中,控制体系温度100℃,水热反应24h;
步骤三:反应结束后自然冷却到室温,分别用去离子水和乙醇清洗4次后在在干燥箱中80℃干燥5h。
步骤四:将干燥后的粉体放入管式炉中加热以10℃/min升温到300℃,恒温3h。
步骤五:自然冷却至室温即得所要发明的负极材料,置于真空干燥箱中备用。
实施例6
步骤一:准确称取20g的Li0H.H20加入到250ml去离子水中配制成一定浓度的Li0H.H20水溶液,加入200g的人造石墨,搅拌1h;
步骤二:将搅拌均匀的混合液加入水热反应釜中,控制体系温度100℃,水热反应24h;
步骤三:反应结束后自然冷却到室温,分别用去离子水和乙醇清洗4次后在在干燥箱中80℃干燥5h。
步骤四:将干燥后的粉体放入管式炉中加热以10℃/min升温到500℃,恒温3h。
步骤五:自然冷却至室温即得所要发明的负极材料,置于真空干燥箱中备用。
实施例7
步骤一:准确称取20g的Li0H.H20加入到250ml去离子水中配制成一定浓度的Li0H.H20水溶液,加入200g的人造石墨,搅拌1h;
步骤二:将搅拌均匀的混合液加入水热反应釜中,控制体系温度100℃,水热反应24h;
步骤三:反应结束后自然冷却到室温,分别用去离子水和乙醇清洗4次后在在干燥箱中80℃干燥5h。
步骤四:将干燥后的粉体放入管式炉中加热以10℃/min升温到700℃,恒温3h。
步骤五:自然冷却至室温即得所要发明的负极材料,置于真空干燥箱中备用。
实施例8
步骤一:准确称取20g的Li0H.H20加入到250ml去离子水中配制成一定浓度的Li0H.H20水溶液,加入200g的人造石墨,搅拌1h;
步骤二:将搅拌均匀的混合液加入水热反应釜中,控制体系温度100℃,水热反应24h;
步骤三:反应结束后自然冷却到室温,分别用去离子水和乙醇清洗4次后在在干燥箱中80℃干燥5h。
步骤四:将干燥后的粉体放入管式炉中加热以10℃/min升温到800℃,恒温3h。
步骤五:自然冷却至室温即得所要发明的负极材料,置于真空干燥箱中备用。
本发明所用半电池测试方法为:石墨样品、含有6~7%聚偏氟乙烯的N-甲基吡咯烷酮及2%的导电炭黑混合均匀,涂于铜箔上,将涂好的极片放入温度为110℃真空干燥箱中真空干燥4小时备用。模拟电池装配在充氩气的德国布劳恩手套箱中进行,电解液为1M LiPF6+EC∶DEC∶DMC=1∶1∶1(体积比),金属锂片为对电极,电化学性能测试在美国ArbinBT2000型电池测试仪上进行,充放 电电压范围为0.005至1.0V,充放电速率为0.1C。数据列在表1中,对比例为未掺杂锂元素的人造石墨。
本发明所用全电池测试方法为:本发明实施例或对比例的石墨作负极,钴酸锂作正极,1M-LiPF6EC∶DMC∶EMC=1∶1∶1(体积比)溶液作电解液装配成全电池,测试实施例6在1C充放500周容量保持率在90.18%,对比例为未掺杂锂元素的人造石墨,如图1所示。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。