一种表面包覆氟化铝的锂离子电池软碳负极材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于锂离子电池技术领域，具体地，本发明涉及一种表面包覆氟化铝的锂 离子电池软碳负极材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 锂离子电池具有能量密度大，无记忆效应，使用寿命长，自放电小，绿色无污染等 优点，随着特斯拉效应的带动，未来动力电池是大需求，目前许多发达国家在全球范围内竞 相开发绿色能源产品，储能，动力汽车的发展异常迅速，锂离子电池的倍率及循环性能的欠 缺是制约其规模化发展的两个重要性能。
[0003] 目前商业化的锂离子电池主要采用石墨类碳材料作为负极材料，但是石墨类负极 材料倍率充放电不佳，循环性能欠缺，安全性不佳。
[0004] 由于软碳类负极材料具有特殊的结构，使其具有优良的循环性能、倍率性能、安全 性能，但仍不能满足市场对其高倍率及高循环性能的需求，因此开发进一步提升倍率及循 环性能的软碳类负极材料具有重要意义。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明目的之一在于提供一种表面包覆氟化铝的锂离子电 池软碳负极材料。本发明提供的软碳负极材料在不降低其首次可逆容量和首效的前提下， 可进一步提升倍率及循环性能。
[0006] 为达上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种锂离子电池软碳负极材料，所述软碳负极材料表面包覆有氟化铝层。
[0008] 优选地，所述氟化铝层的质量为软碳负极材料的质量的0. 5 % -2 %，例如为 0? 8%、1.3%、1. 6%、1. 9% 等。
[0009] 优选地，所述软碳负极材料的原料为碳微球、石油焦、沥青焦的1种或者2种以上 的组合。
[0010] 本发明目的之二在于提供一种表面包覆氟化铝的锂离子电池软碳负极材料的制 备方法，包括以下步骤：
[0011] (1)将含氟化合物和含铝化合物溶解于水中形成溶液；
[0012] (2)将软碳负极材料溶解于有机溶剂中形成悬浮液；
[0013] (3)将步骤（1)所得溶液和步骤（2)所得悬浮液混合，搅拌，干燥，保护性气体下 200?600°C煅烧2?10h，洗涤后烘干得到表面包覆氟化铝的软碳负极材料。
[0014] 优选地，步骤（1)中含氟化合物和含铝化合物的摩尔比为3?6:1，例如为3. 2:1、 3. 8:1、4. 5:1、5:1、5. 5:1等，该比例下可以保证铝盐全部反应，生成A1F3，在后续工艺中不 用除去铝盐杂质，氟盐过量在后续烧结和洗涤过程中可以有效去除，优选为3:1。
[0015] 优选地，所述含氟化合物为氟化氢、氟化钠、氟化铵、氟化钾、氟化铝的1种或者至 少2种以上的组合。
[0016] 优选地，所述含铝化合物为九水硝酸铝、氯化铝、溴化铝、硫酸铝、二乙酸铝、草酸 铝的1种或者至少2种以上的组合。
[0017] 本发明目的之三在于提供另外一种表面包覆氟化铝的锂离子电池软碳负极材料 的制备方法，包括以下步骤：
[0018] (1)将氟化铝溶解于水中形成溶液；
[0019] (2)将软碳负极材料溶解于有机溶剂中形成悬浮液；优选所述氟化铝的质量为软 碳负极材料的质量的〇. 5% -2%，例如为0.8%、1. 3%、1.6%、1.9%等；
[0020] (3)将步骤（1)所得溶液和步骤（2)所得悬浮液混合，干燥，保护性气体下200? 600°C煅烧2?10h，得到表面包覆氟化铝的软碳负极材料。
[0021] 由于软碳类负极材料表面有一些不规则的官能团（-0-R、-C00H等），在首次充电 时，不规则的官能团易与电解质发生不可逆的副反应，消耗锂盐使首次库伦效率降低，通过 在软碳表面包覆一层氟化铝可以减少副反应，同时F元素在表面可起到保护软碳材料表面 作用，因此，表面包覆氟化铝在不降低其容量和首效的前提下，可有效地提高软碳材料的循 环性能及倍率。
[0022] 对于本发明的制备方法，步骤（2)中所述软碳负极材料的原料为碳微球、石油焦、 沥青焦的1种或者至少2种以上的组合。
[0023] 优选地，所述有机溶剂为醇类、酮类、酯类、醚类、胺类的1种或者至少2种以上的 组合。
[0024] 优选地，所述有机溶剂的用量为1. 0?2. OmL/g软碳材料，所述有机溶剂用于分散 软碳负极材料形成悬浮液，其固含量为30% -80%。
[0025] 对于本发明的制备方法，步骤（3)中所述干燥的方式为先通过搅拌下水浴、油浴 或喷雾进行干燥，然后放入烘箱干燥。
[0026] 优选地，所述保护性气体为氮气和/或氩气。
[0027] 优选地，所述水浴、油浴或喷雾干燥时的温度为20?100°C，时间为2?20h。
[0028] 优选地，所述烘箱干燥的温度为90?120 °C。
[0029] 本发明提供的制备方法是本发明前述产品的制备方法，但本领域技术人员应知， 所述制备方法并不限于本发明的前述产品，其还适用于其他比例或成分的产品的制备。
[0030] 本发明通过在软碳负极材料表面包覆一层氟化铝在不降低其容量和首效的前提 下，可有效提高软碳材料的循环性能及倍率，能更好的满足动力电池的需求。
【附图说明】
[0031] 图1为实施例1制得的表面包覆氟化铝的软碳负极材料的扫描电镜照片；
[0032]图2为实施例1制得的表面包覆氟化铝的软碳负极材料的XRD图；
[0033]图3为实施例1制得的表面包覆氟化铝的软碳负极材料的首次充放电曲线；
[0034]图4为实施例1制得的表面包覆氟化铝的软碳负极材料的循环图。
【具体实施方式】
[0035] 为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施 例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0036] 实施例1
[0037] (1) 2. 65g氟化铵和8. 93g九水硝酸铝分别溶解于200mL去离子水中形成溶液A， 其中，氟化铵和九水硝酸铝的摩尔比为6:1 ;
[0038] (2)将200g碳微球原料制备的软碳负极材料溶解于200mL异丙醇中形成悬浮液 B ；
[0039] (3)将溶液A和悬浮液B混合，此时氟化铝层占软碳负极材料质量百分比的1%， 上述混合液在80°C搅拌水浴干燥，取出100°C烘箱烘干，在氮气流下，升温速率3°C /min， 400°C煅烧5h，随炉冷却，洗涤烘干后得到表面包覆氟化铝的软碳负极材料。
[0040] 采用荷兰帕纳科X' Pert的PW3040/60X射线衍射仪分析晶体结构。
[0041] 采用OXFORD的X-act的能谱仪测定表面包覆层的成分分析。
[0042] SEM测试如图1所示，软碳负极材料为规则的球形，颗粒均匀。
[0043] XRD测试如图2所示，软碳负极材料为无定形结构，002峰在24°左右，而且衍射峰 较宽，002晶面的层间距D-在0? 340?0? 370nm之间。
[0044] 如图3所示，充放电电流密度为350mA/g(lC)时，首次可逆容量大于260mAh/g，首 次库伦效率大于87. 3%。
[0045] 如图4所示，在常温下进行1C充放电循环，1000周循环后电池的容量保持率大于 93. 4%〇
[0046] 实施例2
[0047] (1) 1. 32g氟化铵和4. 47g九水硝酸铝分别溶解于200mL去离子水中形成溶液A， 其中，氟化铵和九水硝酸铝的摩尔比为3:1 ;
[0048] (2)将200g碳微球原料制备的软碳负极材料溶解于200mL异丙醇中形成悬浮液 B ；
[0049] (3)将溶液A和悬浮液B混合，此时氟化铝层占软碳负极材料质量百分比的 0. 5%，上述混合液在80°C搅拌水浴干燥，取出100°C烘箱烘干，在氮气流下，升温速率3°C / min，400 °C煅烧5h，随炉冷却，洗涤后烘干。
[0050] 实施例3
[0051] (1) 5. 29g氟化按和17. 87g九水硝酸铝分别溶解于200mL去离子水中形成溶液A， 其中，氟化铵和九水硝酸铝的摩尔比为3:1 ;
[0052] (2)将200g碳微球原料制备的软碳负极材料溶解于200mL异丙醇中形成悬浮液 B ；
[0053] (3)将溶液A和悬浮液B混合，此时氟化铝层占软碳负极材料质量百分比的2%， 上述混合液在80°C搅拌水浴干燥，取出100°C烘箱烘干，在氮气流下，升温速率3°C /min， 400 °C煅烧5h，随炉冷却，洗涤后烘干。
[0054] 实施例4
[0055] (1) 3. 00g氟化钠和4. 72g二乙酸铝分别溶解于200mL去离子水中形成溶液A，其 中，氟化钠和二乙酸铝的摩尔比为3:1 ;
[0056] (2)将200g碳微球原料制备的软碳负极材料溶解于200mL异丙醇中形成悬浮液 B ；
[0057] (3)将溶液A和悬浮液B混合，此时氟化铝层占软碳负极材料质量百分比的1%， 上述混合液在80°C搅拌水浴干燥，取出100°C烘箱烘干，在氮气流下，升温速率3°C /min， 400 °C煅烧5h，随炉冷却，洗涤后烘干。
[0058] 实施例5
[0059] (1)2. 65g氟化钠和3. 17g二乙酸铝分别溶解于200mL去离子水中形成