[发明专利]一种碳氮锂多相掺杂锂离子电池负极材料及其制备方法及锂离子电池负极片和锂离子电池

说明书

本发明公开了一种碳氮锂多相掺杂锂离子电池负极材料及其制备方法及锂离子电池负极片和锂离子电池，将卤代胆碱型低共熔溶剂按比例均匀混合后得到低共熔溶剂后与木质纤维素混合，先进行预处理，然后高温碳化获得掺杂氮锂元素的碳材料，可应用于锂离子电池负极材料。本发明中所采用的前驱体是卤代锂与卤代胆碱及其衍生物均匀混合，前驱体绿色环保，来源广泛，价格低廉，均可从工业上大批量获得；本发明方法采用的制备工艺简洁，产率高，纯度好；本发明方法中涉及的反应体系成分简单，配置方便，操作简单，对设备要求低且不受地域限制，适合大规模工业生产。

技术领域

本发明属于材料及化学电源技术领域，具体涉及一种碳氮锂多相掺杂锂离子电池负极材料及其制备方法及锂离子电池负极片和锂离子电池。

背景技术

随着日新月异的化学电池的快速发展，对电池材料也有了越来越高的要求。伴随着锂离子电池正极材料的快速进步，对于电池负极材料也有了更高的要求。当前市场上商业化最主要的负极材料当属于碳材料，如石墨、硬碳、中间相碳微球等。但是碳材料的理论比容量只有372mAh/g，与此同时由于在第一次充放电过程中碳材料与碳酸酯电解质生成固态电解质界面膜(SEI)，进一步限制了锂电池容量的提升。

在碳材料中，为了满足动力电池对于高倍率、高容量、高循环的要求，硬碳成为了最新的焦点。不同于其他碳材料，硬碳具有较高的比容量、良好的循环性能、高倍率性能、制备要求不高、成本低廉等优点。

传统的硬碳材料制备方法较为复杂，需要对硬碳进行形貌改善，如造孔、修饰等改性处理。同时，由于硬碳是由聚合物碳化形成，多数聚合物都有安全性问题。因此，从生产工艺控制和节能环保方面考虑，寻求一种简便易行可控的合成方法来制备锂离子电池碳负极材料具有重要意义。

发明内容

本发明放入目的在于提供了一种碳氮锂多相掺杂锂离子电池负极材料及其制备方法及锂离子电池负极片和锂离子电池，该方法反应前驱体来源广泛易得，反应条件简单可控，操作简捷。

本发明采取的技术方案为：

一种碳氮锂多相掺杂锂离子电池负极材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将卤代胆碱和卤代锂盐，加热搅拌得到低共熔溶剂；

(2)将木质纤维素与步骤(1)得到低共熔溶剂加热搅拌，得到的混合物经过碳化、清洗过滤、球磨过筛后得到碳氮锂多相掺杂杂锂离子电池负极材料。

步骤(1)中，所述卤代胆碱为氯化胆碱或其衍生物、溴化胆碱或其衍生物、碘化胆碱或其衍生物中的任意一种或多种；所述卤代锂盐为氯化锂、溴化锂、碘化锂中的任意一种或多种。

步骤(1)中，所述卤代胆碱和卤代锂盐的摩尔比是1～3:2～8。

步骤(1)和步骤(2)中，所述加热搅拌指的均是在60～100℃搅拌1～4h。

步骤(2)中，所述木质纤维素与低共熔溶剂的质量比是1～2:1～5。

步骤(2)中，所述碳化的方法为：

(2-1)将混合物先在空气气氛下升温至250～400℃，保温2～4h，以使混合物中的水分缓慢蒸发；

(2-2)为了防止碳气化，然后在氩气气流下，升温至600～1200℃，保温2～4h。

进一步地，步骤(2-1)中，所述升温的速率为1～5℃/min；

步骤(2-2)中，所述升温的速率为1～5℃/min。

本发明将碳化阶段的升温速率均控制在1～5℃/min，这样可得到粒径在5～10μm且尺寸分布均匀的产物；如果升温速率过快会使得卤代胆碱快速分解，影响生成物的粒径和均匀度。