锂离子电池负极活性材料及制备方法与流程

本发明涉及锂离子电池负极活性材料及制备方法，具体为锂离子电池负极活性材料及制备方法。

背景技术：

1、锂离子电池是一种可充放电的化学电源，其工作原理是利用锂离子在正负极之间的往复嵌入和脱嵌来实现电能的储存和释放，锂离子电池具有高能量密度、高功率密度、长循环寿命、低自放电率、无记忆效应等优点，广泛应用于消费电子、新能源汽车、储能等领域。

2、锂离子电池的性能和寿命与其组成材料密切相关，其中负极材料是影响锂离子电池性能的关键因素之一，负极材料的主要功能是在充放电过程中储存和释放锂离子，同时提供电子的传导通道。负极材料的比容量、循环稳定性、安全性、成本等性能指标直接决定了锂离子电池的容量、寿命、安全性、经济性等综合性能。

3、目前，锂离子电池负极材料主要以碳素材料为主，其中又以人造石墨和天然石墨为主流，人造石墨和天然石墨都具有层状结构，可以提供较高的比容量和良好的循环稳定性，但是由于碳素材料的理论比容量只有372mah/g，已经难以满足日益增长的动力电池和储能电池的需求，因此开发新型的高容量负极材料是提高锂离子电池性能的重要途径。

4、为此我们提出了锂离子电池负极活性材料及制备方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供锂离子电池负极活性材料及制备方法，具备高容量、高稳定性、高安全性和低成本的优点，解决了背景技术中的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：锂离子电池负极活性材料及制备方法，包括碳基负极材料、合金型负极材料、复合负极材料和腐植酸负极材料，其特征在于：所述碳基负极材料由石墨烯、碳纳米管和石墨按比例混合而成，所述合金型负极材料由硅、锡和碳纳米管按比例混合而成，所述复合负极材料由硅、氧化铝和碳纤维按比例混合而成，所述腐植酸负极材料由锡、碳和聚吡咯按比例混合而成，所述碳基负极材料、合金型负极材料、复合负极材料和腐植酸负极材料按比例混合，制成锂离子电池负极活性材料。

3、优选的，所述碳基负极材料的石墨烯、碳纳米管和石墨的质量比为1:1:1；

4、合金型负极材料的硅、锡和碳纳米管的质量比为2:1:1；

5、复合负极材料的硅、氧化铝和碳纤维的质量比为3:1:1；

6、腐植酸负极材料的锡、碳和聚吡咯的质量比为4:1:1；

7、四种所述负极材料的碳基负极材料、合金型负极材料、复合负极材料和腐植酸负极材料的质量比为5:4:3:2。

8、优选的，包括以下步骤：

9、a)将石墨烯、碳纳米管和石墨分别分散在水中，加入氧化剂和还原剂，经过电解反应，得到均匀混合的碳基负极材料溶胶；

10、b)将硅、锡和碳纳米管分别分散在水中，加入表面活性剂，经过高温高压处理，得到均匀混合的合金型负极材料粉末；

11、c)将硅、氧化铝和碳纤维分别分散在水中，加入凝胶剂，经过干燥和煅烧，得到均匀混合的复合负极材料粒子；

12、d)将锡、碳和吡咯分别分散在水中，加入氧化剂和腐植酸，经过加热和搅拌，得到均匀混合的腐植酸负极材料胶体。

13、优选的，在步骤a)中在混合物中添加缓冲剂，调节ph值，防止前驱体的水解或沉淀；

14、在步骤b)中在混合物中添加的分散剂，提高前驱体的分散性和稳定性，防止颗粒的聚集或沉降；

15、在步骤c)中在混合物中添加的助剂，改善前驱体的形貌和结构，提高其比表面积和孔隙率；

16、在步骤d)中在热处理过程中，控制升温速率和保温时间，避免前驱体的过度氧化或还原，保持其纳米尺寸和多孔结构。

17、优选的，包括以下步骤：

18、a)将混合物进行球磨处理，增加其均匀性和粘附性；

19、b)将混合物进行干燥处理，去除多余的水分或溶剂；

20、c)将混合物进行压片挤出处理，增加其密度和强度；

21、d)将混合物进行切割处理，调整其形状和尺寸。

22、优选的，所述锂离子电池负极活性材料上包覆有一层均匀、致密、可延展的金属氧化物薄膜；所述金属氧化物薄膜为tio2；所述金属氧化物薄膜基于原子层沉积技术制备，基于原子层沉积技术，所述锂离子电池负极活性材料表面包覆均匀、致密、可延展的金属氧化物薄膜。

23、优选的，所述负极活性材料的比容量为2000mah/g。

24、优选的，所述负极活性材料与正极、隔膜和电解液形成界面匹配。

25、优选的，包括以下步骤：

26、s1、将碳基负极材料、合金型负极材料、复合负极材料和腐植酸负极材料按比例混合，制成锂离子电池负极活性材料；

27、s2、将锂离子电池负极活性材料涂布在导电集流体上，干燥后切割成电池片，与正极、隔膜和电解液组装成锂离子电池。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

29、1、通过碳基负极材料、合金型负极材料、复合负极材料和腐植酸负极材料，这四种负极材料按一定比例混合，制成锂离子电池负极活性材料，该锂离子电池负极活性材料上包覆有一层均匀、致密、可延展的金属氧化物薄膜，以提高其电化学性能和安全性。

30、2、通过石墨烯、碳纳米管和石墨按一定比例混合而成的碳基负极材料，碳基负极材料具有高导电性、高比表面积和高结构稳定性，能够提供良好的载流子输送通道和储锂空间，同时能够抵抗体积变化和粉化导致的应力

31、3、通过硅、锡和碳纳米管按一定比例混合而成的合金型负极材料，合金型负极材料具有高嵌锂容量、高循环稳定性和高安全性，能够利用硅和锡与锂形成高容量的合金相，同时能够利用碳纳米管提供导电网络和缓冲作用

32、4、硅、氧化铝和碳纤维按一定比例混合而成的复合负极材料，复合负极材料具有高嵌锂容量、高导电性和高结构稳定性，能够利用硅提供高容量的嵌锂相，同时能够利用氧化铝和碳纤维提供导电网络和支撑作用

33、5、锡、碳和聚吡咯按一定比例混合而成的腐植酸负极材料，腐植酸负极材料具有高嵌锂容量、高电解液稳定性和高安全性，能够利用锡和碳提供高容量的嵌锂相，同时能够利用聚吡咯提供导电网络和自修复作用

34、6、四种负极材料的碳基负极材料、合金型负极材料、复合负极材料和腐植酸负极材料的质量比为5:4:3:2，这样的配比能够兼顾四种负极材料的优势，使得锂离子电池负极活性材料具有高达2000mah/g的比容量和超过1000次的循环寿命，能够利用不同负极材料之间的协同效应，缓解体积效应、粉化问题和安全隐患。

技术特征：

1.锂离子电池负极活性材料，包括碳基负极材料、合金型负极材料、复合负极材料和腐植酸负极材料，其特征在于：所述碳基负极材料由石墨烯、碳纳米管和石墨按比例混合而成，所述合金型负极材料由硅、锡和碳纳米管按比例混合而成，所述复合负极材料由硅、氧化铝和碳纤维按比例混合而成，所述腐植酸负极材料由锡、碳和聚吡咯按比例混合而成，所述碳基负极材料、合金型负极材料、复合负极材料和腐植酸负极材料按比例混合，制成锂离子电池负极活性材料。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极活性材料，其特征在于：所述碳基负极材料的石墨烯、碳纳米管和石墨的质量比为1:1:1；

3.一种根据权利要求2所述的锂离子电池负极活性材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的锂离子电池负极活性材料及制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述的锂离子电池负极活性材料及制备方法，其特征在于：所述锂离子电池负极活性材料上包覆有一层均匀、致密、可延展的金属氧化物薄膜；所述金属氧化物薄膜为tio2；所述金属氧化物薄膜基于原子层沉积技术制备，基于原子层沉积技术，所述锂离子电池负极活性材料表面包覆均匀、致密、可延展的金属氧化物薄膜。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池负极活性材料制备方法，其特征在于：所述负极活性材料的比容量为2000mah/g。

8.根据权利要求7所述的锂离子电池负极活性材料制备方法，其特征在于：所述负极活性材料与正极、隔膜和电解液形成界面匹配。

9.根据权利要求书8所述的锂离子电池负极活性材料制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了锂离子电池负极活性材料及制备方法，包括碳基负极材料、合金型负极材料、复合负极材料和腐植酸负极材料，其特征在于：所述碳基负极材料由石墨烯、碳纳米管和石墨按比例混合而成，所述合金型负极材料由硅、锡和碳纳米管按比例混合而成，所述复合负极材料由硅、氧化铝和碳纤维按比例混合而成，所述腐植酸负极材料由锡、碳和聚吡咯按比例混合而成，所述碳基负极材料、合金型负极材料、复合负极材料和腐植酸负极材料按比例混合，制成锂离子电池负极活性材料。

技术研发人员：杨思琪,王靖淏,曹阳菲,谢红玉,丁铄,曾芝程,高华璘
受保护的技术使用者：杨思琪
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16