[发明专利]一种含准金属态锂的无定形碳基复合负极材料的制备方法和应用

说明书

本发明提供一种含准金属态锂的无定形碳基复合负极材料的制备方法和应用。本发明将无定形碳、粘结剂和导电剂制成无定形碳电极，以所述无定形碳电极作为负极，对无定形碳负极进行锂化，从而获得无定形碳基复合负极材料，所述无定形碳基复合负极材料中含有准金属态锂。使用本发明的无定形碳基复合负极作为储能电池负极，有极好的导电性，其内部所具备的无序碳所组成的纳米级别的孔隙为准金属态锂的可逆存储提供了特殊的限域空间，可有效减少电解液与金属锂的反应，显著提高负极的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及一种含准金属态锂的无定形碳基复合负极材料的制备方法和应用，属于储能电池碳基负极材料领域范畴。

背景技术

减少化石燃料的燃烧和发展新能源是缓解温室效应和满足人类社会日益增长的能源需求的有效方案。然而目前商用锂离子电池无法满足消费者对长续航的需求，为了应对这一问题，研发高能量密度的储能材料成为目前新能源材料的研究热点。

由于金属锂的高理论比容量(3860mAh g^-1)和极低的电化学电势(-3.04Vvs.SHE)，其作为负极可以有效提高电池的能量密度。但是目前金属锂负极仍然存在一些亟待解决的问题：首先是容易产生锂枝晶，电池循环过程中锂枝晶不断生长，其有刺破隔膜造成电池短路的风险，且易断裂形成“死锂”，造成金属锂的损耗。其次是金属锂剧烈的体积膨胀，造成固体电解质界面(SEI)膜的破裂，使金属锂和电解液发生反应，消耗金属锂和电解液。

由于具有成本低、表面积大、成核位点多等特点，碳材料常被用作锂金属负极的载体，来实现锂的均匀沉积，从而减少锂枝晶的产生。同时碳材料的多孔或中空结构可以有效缓解负极的体积变化，使负极更加稳定。但是，多数碳材料只是载体，并不扮演活性物质的角色，因此碳载体的高比重会降低金属锂复合负极总体的能量密度，并且循环性能和锂离子电池离子电池相比有一定的差距。因此寻找一种兼顾高比容量和高稳定性的碳基含锂负极材料成为需要解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种含有准金属态锂的无定形碳基复合负极材料的制备方法和应用。

本发明提供一种无定形碳基复合负极材料的制备方法，所述制备方法为电化学沉积法，包括将无定形碳、粘结剂和导电剂制成无定形碳电极，以所述无定形碳电极作为负极，对无定形碳负极进行锂化，从而获得无定形碳基复合负极材料，所述无定形碳基复合负极材料中含有准金属态锂。

优选地，所述制备方法具体包括如下步骤：

S1)将无定形碳、粘结剂和导电剂制成混合浆料，将所述混合浆料均匀涂抹在金属集流体上，烘干，制备得到无定形碳电极，以所述无定形碳电极作为负极；

S2)利用所述无定形碳电极和锂组成半电池，将锂/碳半电池通过放电对无定形碳负极进行锂化，得到所述含准金属态的无定形碳基复合负极材料；或者，

将无定形碳负极和含锂的正极材料组成全电池，在充电过程中正极脱出来的锂在无定形碳负极中生成准金属态锂，得到含准金属态的无定形碳基复合负极材料。

根据本发明的实施方案，所述步骤S1)中，浆料混合、涂抹、烘干(例如真空加热烘干)均可采用本技术领域已知的方法进行。

根据本发明的实施方案，所述无定形碳选自软碳、硬碳、活性炭、洋葱碳、玻璃碳、碳纳米管中的一种或几种，优选为硬碳。其中，软碳是一种具有较高石墨化程度的碳；硬碳是一种难以石墨化的碳，是高分子聚合物热解生成的碳。

优选地，所述无定型碳的比表面积为0.1～500m² g^-1，优选为1～20m² g^-1。

优选地，所述无定型碳的平均粒径为0.1～20μm，优选为1～10μm。