【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及锂电池材料，特别涉及一种铌酸锂包覆石墨的复合负极材料及其制备方法和应用。
技术介绍
1、石墨是目前商业化锂离子电池的常用负极材料。它具有较低的嵌锂电位、平稳的充放电平台和可逆的锂离子嵌入/脱出能力。同时石墨本身资源丰富、成本低廉。随着电子设备和新能源汽车产业的不断发展，快速充电技术越来越受到重视。传统石墨负极材料由于嵌锂速度较慢，当快速充电时存在容量低、析锂等问题，严重限制了当前锂离子电池的快充性能。
2、为解决石墨快充性能不足的问题，研究人员利用表面修饰、表面包覆、材料结构设计等方法进行改性。
3、例如，中国专利技术专利cn114864916a(公布日为2022年8月5日)利用溶胶凝胶法制备五氧化二铌包覆石墨复合负极材料；先将五氯化铌溶于无水乙醇，形成铌醇溶液；逐滴加入去离子水，搅拌均匀，形成混合溶剂；按照一定摩尔比加入石墨，搅拌均匀，在水浴下蒸干溶剂，放入烘箱中烘干，研磨成粉末；将制得的粉末在管式炉氩气气氛700℃～900℃下进行烧结，得到五氧化二铌包覆石墨复合负极材料；此篇专利的制备方法需要在高温下进行烧结处理,能源消耗成本较高,且制备得到的材料在2c倍率下的放电比容量为100mah/g，在5c倍率下的放电比容量为55mah/g，快充性能改善不明显。
4、中国专利技术专利cn114122392a(公布日为2022年3月1日)提出了一种高容量快充石墨复合材料的制备方法，首先采用液氮浸泡法在石墨层间引入缺陷并提升材料的层间距，之后通过水热法在材料之间引入锡源提升材料的比容量及其
5、中国专利技术专利cn114864897a(公布日为2022年8月5日)提出了一种快充的石墨复合材料，由内核和外层组成，的外层包覆内核；其中，的内核为石墨；外层由li5feo4、金属氧化物和无定形碳复合而成；制备方法为以石墨为衬底，以金属氧化物和li5feo4为反应源，采用原子气相沉积法，将金属氧化物和li5feo4反复沉积在石墨上，得到石墨前驱体材料；将前驱体材料均匀分散在树脂溶液中后，喷雾干燥，再在800℃～1200℃下保温1小时-6小时，高温石墨化，得到石墨复合材料；此篇专利采用的原子气相沉积法需要相应产线设备，要求条件较苛刻，且设计的结构较复杂，加工工序较多，生产成本较高，且仅展示了石墨在0.1c倍率下的性能，未展示单独石墨在高倍率下的性能，倍率性能主要展示的为软包电池性能，不能完全反映出石墨的倍率性能得到提升。
6、lee,s.m等于2021年12月发表在《nature communications》上的一篇文献《acooperative biphasic moox-mopx promoter enables a fast-charging lithium-ionbattery》利用moox-mopx包覆石墨材料，制备流程为：使用h2o2溶解moo3，再与石墨混合搅拌，在80℃下去除溶剂后得到粉末，再将得到的粉末在含磷气体气氛的管式炉中600℃处理两小时，其中，含磷气体是通过加热分解nah2po2粉末得到；该篇文章制备过程的制备条件相对复杂，且处理气体中磷的具体成分比例未知；使用制备得到的moox-mopx包覆石墨材料制备的全电池，在6c充电/1c放电下，放电容量为160mah/g，在循环300圈后145mah/g，可见倍率性能改善不明显。
7、上述常规表面包覆采用的软碳/硬碳以及金属氧化物等物质，对石墨材料界面动力学改善不明显，对提高石墨的快充性能的作用有限。
8、相对的，通过在石墨表面包覆具有一定离子导电率的无机锂盐，可以更有效地促进石墨负极的反应动力学性能，提升材料的快充性能。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供了一种铌酸锂包覆石墨的复合负极材料及其制备方法和应用，针对已有技术的石墨负极改性中，快充性能仍不理想的问题，采用具有较好的离子导电率的无机锂盐铌酸锂对石墨进行包覆处理，以实现降低界面电阻，提高石墨负极材料的快速充电性能的目的。
2、本专利技术实施例提供的一种铌酸锂包覆石墨的复合负极材料的制备方法，以相对更温和的条件实现改性，工序相对简单，可以降低成本，并可用于大规模工业化生产。
3、第一方面，本专利技术实施例提供了一种铌酸锂包覆石墨的复合负极材料，所述复合负极材料包括：石墨颗粒，以及包覆在所述石墨颗粒表面的铌酸锂；
4、所述铌酸锂的化学通式为lixnboy，其中0＜x≤1，2≤y≤3；
5、所述铌酸锂的质量占所述复合负极材料的质量百分比为0.001％-10％；
6、所述铌酸锂的电导率为10-1s/cm-10-8s/cm；
7、所述铌酸锂的厚度为0.01nm-200nm。
8、优选的，所述铌酸锂的质量占所述复合负极材料的质量百分比为1％-5％；
9、所述铌酸锂的电导率为10-5s/cm-10-2s/cm；
10、所述铌酸锂的厚度为1nm-20nm。
11、优选的，所述铌酸锂包括：非晶态铌酸锂或晶态铌酸锂中的一种或多种共存；
12、所述铌酸锂呈岛状和/或连续均匀薄膜状包覆在所述石墨颗粒的表面。
13、第二方面，本专利技术实施例提供了一种上述第一方面所述的铌酸锂包覆石墨的复合负极材料的制备方法，所述制备方法包括：
14、步骤s1，将锂源材料与铌源材料混合，密封在含橡胶塞的玻璃管中，注入溶剂，将玻璃管置于超声波分散机中进行超声分散，形成混合醇溶液；
15、步骤s2，向混合醇溶液中滴加溶剂进行稀释，得到稀释混合醇溶液；
16、步骤s3，向稀释混合醇溶液中加入石墨颗粒，继续超声分散，得到前驱体溶液；
17、步骤s4，将前驱体溶液置于加热搅拌台上，加热搅拌至溶剂蒸发，之后放入烘箱中烘烤，研磨得到前驱体粉末；
18、步骤s5，将前驱体粉末置于高温炉中，进行烧结处理，得到铌酸锂包覆石墨的复合负极材料。
19、优选的，所述锂源材料包括：锂箔或草酸锂；
20、所述铌源材料包括：乙醇铌或草酸铌；
21、溶剂包括：无水乙醇或去离子水；
22、所述混合醇溶液中的锂元素与铌元素的摩尔质量比为1.05：(0-1]；
23、所述石墨颗粒为平均粒径在5μm-10μm之间的鳞片状或者球形颗粒。
24、优选的，所述超声分散的时间均为10mi n-20mi n；
25、所述超声分散的频率均为28khz-200khz。
26、优选的，所述加热搅拌台的温度本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铌酸锂包覆石墨的复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料包括：石墨颗粒，以及包覆在所述石墨颗粒表面的铌酸锂；
2.根据权利要求1所述的铌酸锂包覆石墨的复合负极材料，其特征在于，所述铌酸锂的质量占所述复合负极材料的质量百分比为1％-5％；
3.根据权利要求1所述的铌酸锂包覆石墨的复合负极材料，其特征在于，所述铌酸锂包括：非晶态铌酸锂或晶态铌酸锂中的一种或多种共存；
4.一种上述权利要求1-3任一所述的铌酸锂包覆石墨的复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述锂源材料包括：锂箔或草酸锂；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述超声分散的时间均为10min-20min；所述超声分散的频率均为28KHz-200KHz。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述加热搅拌台的温度为70℃-110℃，搅拌速度为300r/min-400r/min，搅拌时间为1小时-2小时；
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于
9.一种负极极片，其特征在于，所述负极极片包括上述权利要求1-3任一所述的铌酸锂包覆石墨的复合负极材料。
10.一种锂离子电池，其特征在于，所述锂离子电池包括上述权利要求9所述的负极极片；所述锂离子电池包括：液态锂离子电池、固态锂离子电池或聚合物锂离子电池中的任一种。
...【技术特征摘要】
1.一种铌酸锂包覆石墨的复合负极材料，其特征在于，所述复合负极材料包括：石墨颗粒，以及包覆在所述石墨颗粒表面的铌酸锂；
2.根据权利要求1所述的铌酸锂包覆石墨的复合负极材料，其特征在于，所述铌酸锂的质量占所述复合负极材料的质量百分比为1％-5％；
3.根据权利要求1所述的铌酸锂包覆石墨的复合负极材料，其特征在于，所述铌酸锂包括：非晶态铌酸锂或晶态铌酸锂中的一种或多种共存；
4.一种上述权利要求1-3任一所述的铌酸锂包覆石墨的复合负极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述锂源材料包括：锂箔或草酸锂；
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：方遒，王雪锋，王兆翔，陈立泉，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。