[发明专利]一种锂电池用碳基负极材料及其制备方法

说明书

本发明揭示了一种锂电池用碳基负极材料及其制备方法，其中该碳基负极材料包括复合基体材料以及依次包覆在所述复合基体上的第一有机小分子层、第二有机小分子层和导电聚合物层，其中，所述复合基体材料为过渡金属氧化物与还原氧化石墨烯复合材料，所述第一有机小分子层的厚度不大于第二有机小分子层的厚度。通过在复合基体材料上依次包覆第一有机小分子层、第二有机小分子层和导电聚合物层，可以有效的维持SEI层的形貌，抑制锂枝晶的生成，配合过渡金属氧化物与还原氧化石墨烯复合材料的基体，可以提供较高的比容量和较好的循环性能。

技术领域

本发明属于能源电池技术领域，具体涉及一种锂电池用碳基负极材料及其制备方法。

背景技术

目前主要的储能装置包括化学电源储能、机械储能。相比于机械储能对环境的较高要求，化学储能比如锂离子电池、铅酸电池、液流电池等因其具有较高的能量密度和功率密度，以及易携带性，被广泛应用在消费电子和电动汽车领域。

碳材料作为一种价格低廉且循环性能优异的碳基负极材料，一直是锂电池研究领域的热点。但是碳材料在大电流下充放电时极易发生过冲，而无法顺利嵌入石墨碳层之间的锂离子会在碳负极表面沉积，进而生长出枝晶状的锂金属单质，给电池带来巨大的安全问题；同时，锂枝晶还会导致负极表面的SEI层加速破裂，并与电池内部电场相互作用，加速生长。锂枝晶的生长会与电解液发生反应，造成电解液的消耗，从而降低电池的循环寿命，同时锂枝晶的生长有可能刺穿隔膜造成正负极相接发生内部短路而释放热量，造成电解液的消耗分解，甚至导致电池的燃烧和爆炸。

发明内容

本发明一实施例提供一种锂电池用碳基负极材料，其可以有效抑制锂枝晶的生长，该锂电池用碳基负极材料包括：

复合基体材料以及依次包覆在所述复合基体上的第一有机小分子层、第二有机小分子层和导电聚合物层，其中，所述复合基体材料为过渡金属氧化物与还原氧化石墨烯复合材料，所述第一有机小分子层的厚度不大于第二有机小分子层的厚度。

一实施例中，所述复合基体材料中的过渡金属氧化物包括Mn₃O₄、NiO、Co₃O₄、SnO₂、FeO_x。

一实施例中，所述第一有机小分子层的材质选自磷酸三苯酯和三苯基膦的其中之一，所述第二有机小分子层的材质选自磷酸三苯酯和三苯基膦的其中另一。

一实施例中，所述导电聚合物层的电导率大于0.05S/cm。

一实施例中，所述导电聚合物层的材质选自聚噻吩、聚吡咯或聚苯胺。

一实施例中，所述第一有机小分子层的厚度为1～5nm，所述第二有机小分子层的厚度为1～20nm。

一实施例中，所述第一有机小分子层、第二有机小分子层和导电聚合物层占碳基负极材料的质量比为0.5wt.％～5wt.％。

本发明还提供一种如上所述的锂电池用碳基负极材料的制备方法，该方法包括：

S1、将所述复合基体材料在包含第一小分子材料的溶液中浸泡第一时长，并取出烘干；

S2、将步骤S1处理后的材料在包含第二小分子材料的溶液中浸泡第二时长，并取出烘干；其中，所述第二时长不短于所述第一时长；

S3、将步骤S3处理后的材料在包含导电聚合物材料的溶液中浸泡，并在所述材料表面形成所述导电聚合物层。

一实施例中，还包括：

所述导电聚合物层由溶解在溶剂中的导电聚合物原位聚合形成。

一实施例中，所述溶剂为N-甲基吡咯烷酮。