一种以岩石为原料制备锂离子电池负极材料的方法与流程

本发明涉及一种制备锂离子电池材料的方法，特别是一种以岩石为原料制备锂离子电池负极材料的方法，属于能源材料技术领域。

背景技术：

锂离子电池，简称锂电池，具有循环寿命长、质量比能量和体积比能量高以及无污染等优点，在便携式电子设备以及电动汽车中得到了普遍的应用。锂电池的正极材料一般是含有锂的金属氧化物，如钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等，而其负极材料主要为碳材料石墨。新近的研究表明，石墨的电位与金属锂的电位很接近，当电池过充时，在石墨的表面就会有单质锂析出，而形成锂枝晶。在某些特定条件下锂枝晶可刺破隔膜，造成正负极短路而引起安全问题。因此开发新型的锂电池负极材料就成为了锂电池研究领域的热点问题之一。目前，商业化的新型锂电池负极材料主要为钛酸锂。但研究发现钛酸锂存在放电平台较高、功率密度和能量密度较低、生产成本较高等明显的不足。与此同时，人们还将金属氧化物如氧化铁、金属单质如金属锡等作为锂电池负极材料使用，但研究显示，它们高的制备成本、差的循环稳定性等缺陷严重限制了它们的进一步商业化应用。因此，探索开发新型锂电池负极材料仍是锂电池领域的研究热点。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种以岩石为原料制备锂电池负极材料的方法。

本发明的目的是这样实现的。一种以岩石为原料制备锂电池负极材料的方法，主要包括以下步骤：

（1）材料的准备

选取沉积岩、火成岩、变质岩、风化岩中的一种，称取干燥好的材料，在玛瑙研钵中研磨30～50分钟，研磨成粉末，备用；

（2）活性物质的制备

称取上述粉末，将其压片，然后将得到的压片在600～1000℃下于马弗炉中煅烧1～3h，冷却至室温后，经研磨即得到锂电池负极材料。

本发明取得的有益效果如下：本发明原料成本低、来源丰富，制备工艺简单。采用简单煅烧的方法制备出了一种与目前发现的锂电池负极材料组成完全不同的全新的负极材料。实验证明，该材料在一定的充放电电流密度下具有一定的容量，且具有较好的循环稳定性，有望成为一种全新的锂电池负极材料。

附图说明

图1为利用本发明制备的材料与单质锂组装成的半电池在100mag^-1电流密度下的首次充放电图。

图2为利用本发明制备的材料与单质锂组装成的半电池在100mag^-1电流密度下的放电比容量循环图。

图3为利用本发明制备材料的sem图。

图4为利用本发明制备材料的eds图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明。

实施例1

选取干燥好的沉积岩15g，在玛瑙研钵中研磨35分钟，然后称取上述粉末8g，压片，在900℃下于马弗炉中煅烧1.5h，冷却至室温后，经研磨即得到锂电池负极材料。

分别称取活性物质粉末、乙炔黑、聚偏氟乙烯（m（活性物质粉末）：m（乙炔黑）：m（聚偏氟乙烯）=8:1:1）三种物质置于玛瑙研钵中，研磨使三种物质混合均匀，之后，滴加适量的n-甲基吡咯烷酮调制成膏，用玻璃片均匀地压抹在铜箔上，在120℃下真空干燥6h，作为电池正极使用。以锂片为负极，聚丙烯2400为隔膜，含1mol/llipf6的有机电解液为电解液，组装半电池。注意，半电池是在充满高纯氮气的手套箱中组装完成的。

参见图1，所制备的材料与锂片组装的半电池在100mag^-1电流密度下的首次充放电曲线。由图1可见，该材料组装的半电池在100mag^-1电流密度下的首次放电比容量达到100mahg^-1。

参见图2，所制备的材料与锂片组装的半电池在100mag^-1电流密度下的放电比容量循环图。由图2可见，经过充放电20圈后，电池容量依然维持在63mahg^-1。

参见图3，所制备材料的sem照片。从图3可以看出，该材料为不规则的块状颗粒，粒径在10μm左右。

参见图4，所制备材料的eds谱图。从图4eds谱图可看出，该材料主要含有o、si、c、fe、ca等元素，且si、o、c的含量（原子数目的含量）分别大约为21%、60%、15%。这说明该材料与目前报道的碳材料、金属氧化物、单质硅和单质锡等锂电池负极材料完全不同，是一种全新的材料。

实施例2

选取干燥好的火成岩15g，在玛瑙研钵中研磨35分钟，然后称取上述粉末10g，压片，在800℃下于马弗炉中煅烧1h，冷却至室温后，经研磨即得到锂电池负极材料。

实施例3

选取干燥好的变质岩12g，在玛瑙研钵中研磨40分钟，然后称取上述粉末8g，压片，在700℃下于马弗炉中煅烧1.5h，冷却至室温后，经研磨即得到锂电池负极材料。

实施例4

选取干燥好的风化岩16g，在玛瑙研钵中研磨45分钟，然后称取上述粉末10g，压片，在600℃下于马弗炉中煅烧2h，冷却至室温后，经研磨即得到锂电池负极材料。

实施例5

选取干燥好的沉积岩18g，在玛瑙研钵中研磨50分钟，然后称取上述粉末8g，压片，在750℃下于马弗炉中煅烧2.5h，冷却至室温后，经研磨即得到锂电池负极材料。

实施例6

选取干燥好的变质岩15g，在玛瑙研钵中研磨50分钟，然后称取上述粉末8g，压片，在850℃下于马弗炉中煅烧1h，冷却至室温后，经研磨即得到锂电池负极材料。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种以岩石为原料制备锂离子电池负极材料的方法。制备过程包括：选取沉积岩、火成岩、变质岩、风化岩中的一种，研磨成粉末备用；称取上述适量粉末，于马弗炉中在600～1000℃下煅烧1～3h，冷却至室温后，经研磨即得到锂离子电池负极材料。本发明原料成本低、来源丰富，制备工艺简单。本发明采用简单煅烧的方法制备出了一种与目前发现的锂电池负极材料组成完全不同的全新的负极材料。实验证明，该材料在一定的充放电电流密度下具有一定的容量，且具有较好的循环稳定性，有望成为一种全新的锂电池负极新材料。

技术研发人员：丁克强;赵棉;魏斌娟;赵明鲜;张燕;石晓蜜;李晨雪;王庆飞
受保护的技术使用者：河北师范大学
技术研发日：2017.05.24
技术公布日：2017.09.22