锂碳颗粒及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115763793A(43)申请公布日2023.03.07(21)申请号202111023939.6(22)申请日2021.09.02(71)申请人天津中能锂业有限公司地址300457天津市滨海新区天津经济技术开发区西区新业九街100号(72)发明人孔德钰郇庆娜孙兆勇陈强牟瀚波(74)专利代理机构北京市创世宏景专利商标代理有限责任公司11493专利代理师崔永华(51)Int.Cl.H01M4/62(2006.01)H01M4/38(2006.01)H01M10/0525(2010.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称锂碳颗粒及其制备方法(57)摘要提供了一种锂碳颗粒及其制备方法。锂碳颗粒包含：多孔颗粒和填充在多孔颗粒的孔隙中的金属锂，多孔颗粒由碳质骨架交织形成，所述碳质骨架包括晶化碳骨架和包裹在晶化碳骨架表面上的非晶碳质层，颗粒表面也存在非晶碳质层。可选择地，非晶碳质层中还含有纳米金属颗粒。该锂碳颗粒内部具有导电三维碳骨架结构，可以为金属锂沉积提供预留空间，缓解金属锂负极的体积膨胀，且骨架结构的导电能力可以降低电极表面的电流密度，减少锂枝晶的生长。该锂碳颗粒制备的电极结构稳定，有利于制备长寿命的循环电极。CN115763793ACN115763793A权利要求书1/2页1.一种锂碳颗粒，其特征在于，所述锂碳颗粒包含：作为载体的多孔颗粒，所述多孔颗粒是由碳质骨架交织形成的、内部和表面上具有纳米尺寸孔隙的微米级颗粒，所述碳质骨架包括晶化碳骨架和包裹在晶化碳骨架表面上的非晶碳质层，多孔颗粒表面上的非孔隙部分也覆盖有非晶碳质层，颗粒表面的非晶碳质层和晶化碳骨架表面上的非晶碳质层由相同的材料形成；和填充在多孔颗粒的孔隙中的金属锂。2.根据权利要求1所述的锂碳带材，其特征在于，所述晶化碳骨架为碳纳米管、石墨烯、碳纤维、碳基金属氧化物纤维、碳基共价有机纤维中的至少一种；所述非晶碳质层为与晶化碳骨架共混的有机材料的炭化产物。3.根据权利要求2所述的锂碳颗粒，其特征在于，所述有机材料选自由有机粘结剂、有机填料和交联剂组成的组。4.根据权利要求1所述的锂碳颗粒，其特征在于，所述非晶碳质层中还含有纳米金属颗粒。5.根据权利要求1所述的锂碳颗粒，其特征在于，所述多孔颗粒的尺寸范围为1微米至50微米，孔隙率为15％至85％；所述非晶碳质层的厚度为10nm至600nm。6.一种锂碳颗粒的制备方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1、将有机粘结剂、填料、交联剂和溶剂形成浆料，所述填料包括晶化碳骨架材料、有机填料和任选的无机填料；步骤2、将步骤1得到的浆料进行雾化造粒；步骤3、在惰性气氛保护下，将步骤2获得的材料在300℃‑1200℃范围内的温度进行加热，在冷却后得到多孔颗粒；步骤4、将步骤3得到的多孔颗粒与熔融锂进行搅拌混合，得到锂碳颗粒。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的粘结剂、填料、交联剂和溶剂的质量比为(4‑15份)：(10‑30份)：(0.01‑20份)：(100‑7000份)；所述的晶化碳骨架材料在填料中的质量比例为15％至100％。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述有机粘结剂选自由聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、聚丁烯苯乙烯、聚苯乙烯、聚羧基纤维素、氰基丙烯酸酯、聚丙烯酸、环糊精、环醚衍生物、聚氨酯、甲基丙烯酸酯、环氧树脂、醋酸乙烯基聚合物、聚酰亚胺、有机氟聚合物、有机硅氧烷、聚乙二醇、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、甘油、羟苯乙酯及其衍生物、单糖或多糖类聚合物组成的组；所述有机填料选自由塑料微粒子(聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚苯乙烯)、苯甲酸、苯甲酸钠、山梨酸、山梨酸钾、丙酸钙、脱氢乙酸盐组成的组；所述无机填料选自由金属纳米颗粒、金属氧化物、金属氮化物、碳酸钙、含水硅酸镁、云母、水合二氧化硅、二氧化硅组成的组；所述交联剂选自由丙烯酸键合烯丙基蔗糖或季戊四醇烯丙醚的高分子聚合物、过氧化苯甲酰、二亚乙基三胺、水合硼酸钠、纤维素衍生物、异噻唑啉酮组成的组；所述溶剂选自由水、四氯乙烯、甲苯、松节油、丙酮、醋酸甲酯、醋酸乙酯、戊烷、正己烷、环己烷、辛烷、柠檬精、酒精、二甲苯、甲苯环己酮、异丙醇、乙醚、环氧丙烷、甲基丁酮、乙二2CN115763793A权利要求书2/2页醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙腈、吡啶、苯酚、乙二胺组成的组。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤1形成的浆料固含量范围为0.1％至12％。10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对步骤4得到的锂碳颗粒进行表面包覆，优选地，对步骤4得到的锂碳颗粒进行表面包覆的物质包括无机纳米氧化物(氧化铝、氧化锂)、无机纳米氮化物(氮化铜、氮化锂)、无机纳米氟化物(氟化锂、