用于锂离子电池的负极材料制造技术

一种制造用于锂离子电池的负极材料的方法，所述方法包括：使大麦壳经过碳化过程以形成碳化大麦壳材料；对所述碳化大麦壳材料进行研磨。研磨。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂离子电池的负极材料


[0001]本专利技术涉及用于锂离子电池的负极材料、包括这种材料的电极以及具有包括这种材料的电极的锂电池。

技术介绍

[0002]锂离子电池不断发展。锂离子电池通常包括正极和负极(有时称为阳极)，正极包括含移动锂离子的材料，锂离子可以流向负极并保持住，直至电流流动反转。用于负极的材料必须能够在多次循环中可逆地嵌入锂，理想情况下体积膨胀小。已经使用了许多材料，包括碳基材料、钛酸锂、锡/钴合金和硅纳米线。这些材料在不同程度上取得了成功，但大规模生产昂贵。
[0003]需要创造改进的锂离子电池和电池材料，其可以是现有技术中的电池和电池材料的替代品，理想情况下是对现有技术的改进，并且生产起来非常经济。

技术实现思路

[0004]在第一方面，本公开涉及一种制造用于锂离子电池的负极材料的方法，所述方法包括：
[0005]使可以是磨碎形式的大麦壳经过碳化过程以形成碳化大麦壳材料；
[0006]对所述碳化大麦壳材料进行研磨。所述方法还可以包括对所述碳化大麦壳材料掺氮。
[0007]在第二方面，本公开涉及一种负极材料，所述负极材料包括碳化、磨碎后的大麦壳材料。可选地，所述碳化、研磨后的大麦壳材料的碳已掺氮。所述负极材料还可以包括粘合剂和导电材料。
[0008]在第三方面，本公开涉及一种用于锂离子电池的负极，所述负极包括
[0009]基材，所述基材包括的材料包括碳化、研磨后的大麦壳材料。所述碳化、研磨后的大麦壳材料包括碳。可选地，所述碳化、研磨后的大麦壳材料的碳已掺氮。
[0010]在第四方面，本公开涉及一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：
[0011]正极，所述正极包括含锂离子的材料；和
[0012]负极，所述负极包括：
[0013]基材，所述基材包括的材料包括碳化、研磨后的大麦壳材料。可选地，该碳化、研磨后的大麦壳材料的碳已掺氮。
[0014]本专利技术人发现可以由大麦壳制成负极材料。大麦壳通常是许多涉及使用大麦谷物的过程的废物，诸如啤酒生产或动物食品生产。相应地，大麦壳是一种容易获得且廉价的材料，并且来源于可持续资源。本专利技术人发现具有适合于负极中使用或用作负极的特性的材料可以通过大麦壳的适当加工来制成。这被认为部分是因为在大麦壳中发现了相对大量的硅。大麦壳可以碳化，例如在热解气氛中碳化，将大部分有机材料转化为元素碳，然后粉碎。所得的复合材料包含元素碳和硅，并且可能是SiO2的形式，能够嵌入锂并用作负极材料。本
专利技术人发现对材料用掺氮提高其在可逆容量、高倍率性能和长期循环性能(例如，超过1000次或更多循环)方面的电化学性能。
附图说明
[0015]图1示意性地示出了用于制造如本文所述的材料的实例的方法的实例。
[0016]图2示出了如本文实例1中所述的电极在1000次循环中在1.0A g
‑1的电流密度和0
‑
3V的电压范围时的循环性能，每个电极包括如本文所述的材料的实例。
[0017]图3是在负极(阳极)中包含如本文所述的材料的硬币型电芯组件的示意图。
[0018]图4是实例2的所制备的负极(阳极)材料的SEM图像。
[0019]图5是与图4相同的材料的EDS。
[0020]图6显示了XRD数据，证实了样品中的硅成分。
[0021]图7显示了包括实例2的材料的、在200次循环内在1.0A g
‑1的电流密度和0
‑
3V的电压范围时的电极的循环性能。
具体实施方式
[0022]本公开提供了本文描述的方面。下面给出了这些方面的可选和优选特征。除非另有说明，否则这些可选和优选的特征适用于所有方面。任何可选或优选的特征可以与任何其他可选或优选的特征组合。
[0023]大麦是一种生长在世界各地温带气候中的谷物。大麦属于禾本科，并且包括通常种植的国产物种，大麦及其原种，野生大麦(自发大麦)。为了本公开的目的，野生大麦和国产大麦均包括在大麦的定义中。
[0024]大麦谷物典型地包括外壳或壳(即典型地正常情况下会被去除以用于生产食品或饮料的谷物的典型纤维状且不可食用的壳体)、以及包括麸皮、胚乳和胚芽的内部部分。
[0025]在第一方面，本公开涉及一种制造用于锂离子电池的负极材料的方法，该方法包括：
[0026]使可以是磨碎形式的大麦壳经过碳化过程以形成碳化大麦壳材料；
[0027]对碳化大麦壳材料进行研磨。该方法还可以包括对碳化大麦壳材料掺氮。
[0028]在实施例中，提供了一种制造用于锂离子电池的负极材料的方法，该方法包括：
[0029]使大麦壳经过碳化过程以形成碳化大麦壳材料；
[0030]对碳化大麦壳材料进行研磨。
[0031]其中，大麦壳经过研磨后还要进行碳化过程。
[0032]并且其中，该方法进一步包括对碳化大麦壳材料掺氮，从而形成掺氮碳，可选地其中，该方法包括使碳化大麦壳材料与氮源接触，直至形成掺氮碳。还提供了一种可通过该方法形成的负极材料。
[0033]在实施例中，提供了一种制造用于锂离子电池的负极材料的方法，该方法包括：
[0034]使大麦壳经过碳化过程以形成碳化大麦壳材料；
[0035]对碳化大麦壳材料进行研磨。
[0036]其中，大麦壳经过研磨后还要进行碳化过程。
[0037]其中，大麦壳在碳化之前经过酸处理，可选地其中，酸处理中使用的酸是在水中具
有
‑
2或以下的pKa的酸。
[0038]并且其中，该方法进一步包括对碳化大麦壳材料掺氮，从而形成掺氮碳，可选地其中，该方法包括使碳化大麦壳材料与氮源接触，直至形成掺氮碳。还提供了一种可通过该方法形成的负极材料。
[0039]在实施例中，提供了一种制造用于锂离子电池的负极材料的方法，该方法包括：
[0040]使大麦壳经过碳化过程以形成碳化大麦壳材料；
[0041]对碳化大麦壳材料进行研磨。
[0042]其中，大麦壳经过研磨后还要进行碳化过程。
[0043]其中，大麦壳在碳化之前经过酸处理，其中，酸处理中使用的酸是在水中具有
‑
2或以下的pKa的酸。
[0044]并且其中，该方法还包括对碳化大麦壳材料掺氮，从而形成掺氮碳，并且其中，该方法包括使碳化大麦壳材料与氮源接触，直至形成掺氮碳。可选地其中，氮源选自氨、含氮杂环，肼和尿素。还提供了一种可通过该方法形成的负极材料。
[0045]在一个方面，提供了一种负极材料，该负极材料包括碳化、研磨后的大麦壳材料。
[0046]在实施例中，提供了一种负极材料，该负极材料包括碳化、研磨后的大麦壳材料，其中，碳化、研磨后的大麦壳材料的碳已掺氮，其中，负极材料还包括粘合剂和/或导电材料。负极材料可以通过本文所述的任何方法形成。
[0047]优选地，大麦壳在碳化之前没有经过氧化过程，例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造用于锂离子电池的负极材料的方法，所述方法包括：使大麦壳经过碳化过程以形成碳化大麦壳材料；对所述碳化大麦壳材料进行研磨。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述大麦壳经过研磨后再进行碳化过程。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述大麦壳在碳化之前经过酸处理。4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述酸处理中使用的酸是在水中具有
‑
2或以下的pKa的酸。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过使所述大麦壳在非氧化性气氛中经过热处理来进行所述碳化。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，通过使所述大麦壳在惰性气体的气氛中经过热处理来进行所述碳化。7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其中，所述热处理是在400℃至800℃的温度下处理15分钟至5小时的时间。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括对所述碳化大麦壳材料掺氮，使得形成掺氮碳。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述方法包括使所述碳化大麦壳材料与氮源接触，直至形成掺氮碳。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述氮源选自氨、含氮杂环，肼和尿素。11.根据权利要求9或权利要求10所述的方法，其中，所述碳化大麦壳材料与氮源的接触在70℃或以上、可选地在300℃至900℃进行并持续5分钟至5小时的时间。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，对所述碳化大麦壳材料进行研磨包括在球磨机中对所述碳化大麦壳材料进行研磨。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述研磨通过使用尺寸为5mm至...

【专利技术属性】
技术研发人员：巢毅敏，
申请(专利权)人：东安格利亚大学企业有限公司，
类型：发明
国别省市：