【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電池領域，具體涉及一種高熵石墨復合負極材料及制備方法和負極及鋰離子電池。
技術介紹
1、盡管現階段商用鋰離子電池負極材料主要采用石墨材料，但是因其層狀結構和低鋰化電位等缺點，無法滿足石墨負極材料在低溫快充領域上的應用。在低溫環境下，石墨負極中的鋰離子傳輸速率隨溫度降低而減小。同時在快充條件下，由于石墨負極表面和層間鋰離子傳輸速率不一致，極易在石墨表面生成鋰枝晶，造成電池性能衰減，甚至破壞電池結構。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了克服的負極材料在低溫快充時性能衰減嚴重的問題，提供一種高熵石墨復合負極材料及制備方法和負極及鋰離子電池。本專利技術提供的高熵石墨復合負極材料通過多種過渡金屬元素在石墨的表面形成包覆層，降低了鋰離子在石墨中傳輸的各向異性，增加了材料的可逆容量和首效，在低溫快充方面有良好應用前景。
2、為了實現上述目的，本專利技術第一方面提供一種高熵石墨復合負極材料的制備方法，其中，所述制備方法包括：將石墨和表面活性劑在第一溶劑中進行第一混合后獲得溶液a，將多種過渡金屬元素源在第二溶劑中進行第二混合得到溶液b，將所述溶液a和溶液b進行第三混合后，去除所述第一溶劑和第二溶劑得到石墨復合物，將所述石墨復合物在絕氧環境中進行熱處理，獲得負極材料；
3、其中，所述多種過渡金屬元素源選自鈧源、鈦源、釩源、鉻源、錳源、鐵源、鈷源、鎳源、銅源、鋅源、鋯源、鈮源、鉬源、鉭源、鎢源中的五種及以上。
4、本專利技術第二方面提供一種高熵石墨
5、本專利技術第三方面提供一種負極，其中，包括根據本專利技術第一方面所述的制備方法制得的負極材料或本專利技術第二方面所述的負極材料。
6、本專利技術第四方面提供一種鋰離子電池，其中包括本專利技術第三方面所述的負極。
7、本專利技術在制備多種過渡金屬元素包覆石墨的負極材料時，先利用表面活性劑將石墨表面改性，使其均勻分散在第一溶劑中，制成溶液a，同時將多種過渡金屬元素源溶解在第二溶劑中，制成溶液b，然后將溶液a和溶液b混合后去除第一和第二溶劑，將獲得的石墨復合物于絕氧條件下進行熱處理，得到多種過渡金屬元素包覆石墨的負極材料，即本專利技術利用液相法將多種過渡金屬元素源分散在石墨表面，經過熱處理，使多種過渡金屬元素結合，均勻分布在石墨表面形成包覆層，降低了石墨材料各向異性，繼而提升了石墨的儲鋰性能。
8、本專利技術提供的上述制備方法制備工藝簡單安全，成本低，且具有很好的連續性，適合大批量生產。
9、本專利技術提供的多種過渡金屬元素包覆石墨的負極材料中，包覆元素包括鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鋯、鈮、鉬、鉭、鎢中的五種及以上，其中，過渡金屬元素形成的包覆層可以顯著提高電導率，提供更多的儲鋰活性位點，降低材料嵌鋰過程中的阻抗，有助于增加石墨負極材料的可逆容量；進一步地，過渡金屬元素還可以有效地擴大材料的層間距，有利于鋰離子的嵌入和脫出，有利于增強鋰離子擴散和插入動力學，對石墨負極首效的提高是有利的。將本專利技術提供的過渡金屬元素包覆石墨的負極材料用作鋰離子電池的負極材料，在低溫快充方面具有良好的應用前景。
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1.一種高熵石墨復合負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：將石墨和表面活性劑在第一溶劑中進行第一混合后獲得溶液A，將多種過渡金屬元素源在第二溶劑中進行第二混合得到溶液B，將所述溶液A和溶液B進行第三混合后，去除所述第一溶劑和第二溶劑得到石墨復合物，將所述石墨復合物在絕氧環境中進行熱處理，獲得負極材料；
2.根據權利要求1所述的制備方法，其中，所述石墨和表面活性劑的質量比為5-25:1，優選為10-20:1；
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其中，所述熱處理的溫度為700-800℃，時間為1-4h；
4.根據權利要求1-3中任意一項所述的制備方法，其中，所述第一溶劑和第二溶劑分別獨立地為水和/或乙醇；
5.根據權利要求1-4中任意一項所述的制備方法，其中，所述表面活性劑包括聚乙烯吡咯烷酮和/或十六烷基三甲基溴化銨；
6.根據權利要求1-5中任意一項所述的制備方法，其中，所述去除所述第一溶劑和第二溶劑的方法包括：將所述第三混合后的溶液進行噴霧干燥、溶劑蒸干、冷凍干燥、抽濾、離心中的任意一種；
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8.一種高熵石墨復合負極材料，其特征在于，所述高熵石墨復合負極材料包括石墨，以及包覆在石墨表層的多種過渡金屬元素層，其中，所述多種過渡金屬元素選自鈧、鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鋯、鈮、鉬、鉭、鎢中的五種及以上；
9.一種負極，其特征在于，包括根據權利要求1-7中任意一種所述的制備方法制得的負極材料或權利要求8中所述的負極材料。
10.一種鋰離子電池，其特征在于，包括權利要求9所述的負極。
...【技術特征摘要】
1.一種高熵石墨復合負極材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：將石墨和表面活性劑在第一溶劑中進行第一混合后獲得溶液a，將多種過渡金屬元素源在第二溶劑中進行第二混合得到溶液b，將所述溶液a和溶液b進行第三混合后，去除所述第一溶劑和第二溶劑得到石墨復合物，將所述石墨復合物在絕氧環境中進行熱處理，獲得負極材料；
2.根據權利要求1所述的制備方法，其中，所述石墨和表面活性劑的質量比為5-25:1，優選為10-20:1；
3.根據權利要求1或2所述的制備方法，其中，所述熱處理的溫度為700-800℃，時間為1-4h；
4.根據權利要求1-3中任意一項所述的制備方法，其中，所述第一溶劑和第二溶劑分別獨立地為水和/或乙醇；
5.根據權利要求1-4中任意一項所述的制備方法，其中，所述表面活性劑包括聚乙烯吡咯烷酮和/或十...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李寧，劉濤，何繼壯，劉興興，馬思遠，汪玲鳳，
申請(專利權)人：北京理工大學重慶創新中心，
類型：發明
國別省市：
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