[發(fā)明專利]一種硬碳包覆軟碳復合材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN113889593B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設計）人: 徐軍紅;陳和平
• 申請（專利權）人: 洛陽月星新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/133;H01M4/36;H01M4/583;H01M4/60;H01M10/0525
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 郭佳效

本發(fā)明屬于二次電池負極材料領域，具體涉及一種硬碳包覆軟碳復合材料的制備方法。該方法包括以下步驟：1)將含有瀝青類化合物、二氧化鈦、有機溶劑的前驅體液進行水熱反應，得到內核前驅體顆粒；2)將硬碳前驅體、鋰鹽、苯磺酸溶解于溶劑中，得到包覆溶液，使用包覆溶液包覆內核前驅體顆粒，然后進行碳化。該方法所得硬碳包覆軟碳復合材料，以TiOsubgt;2/subgt;摻雜的軟碳為內核，可改善比容量以及鋰離子的傳輸能力，提高材料的結構穩(wěn)定性和電池運行的安全性；外殼中的硬碳具有層間距大、結構穩(wěn)定的特性，有利于提高材料的快充性能及其循環(huán)性能，通過鋰鹽對硬碳材料進行補鋰提高材料的首次效率和倍率性能。

技術領域

本發(fā)明屬于二次電池負極材料領域，具體涉及以一種硬碳包覆軟碳復合材料的制備方法。

背景技術

鋰離子電池由于具有高能量密度、輸出電壓高、無記憶效應的優(yōu)點被廣泛應用于動力電池、手機等領域，而負極材料又是影響鋰離子電池的關鍵材料。目前商用的鋰電池負極材料主要是石墨，但是石墨比容量較低(理論容量僅為372mAh/g)，倍率性能較差，并且在高倍率充放電時存在安全隱患。

除了石墨材料外，滿足目前商業(yè)應用的其他碳材料還有硬碳、軟碳等，硬碳是指難石墨化的碳，結構上屬于高度無序，其具有較高的比容量、倍率性能和循環(huán)壽命長等優(yōu)點而成為負極材料的選擇之一，但是其壓實密度偏低(1.0g/cm³左右)，首次效率偏低(80％左右)，限制了其能量密度的提高。軟碳屬于石油焦/針狀焦碳化后形成的炭材料，結構上屬于無序，壓實密度適中(1.2-1.4g/cm³)，但是其存在電壓平臺高，倍率性能一般、功率性能略差于硬碳等特性。綜合來看，以現(xiàn)有碳材料為負極材料的比容量、首次效率、倍率性能和循環(huán)性能仍不盡如人意。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種硬碳包覆軟碳復合材料的制備方法，所得復合材料具有高的比容量和首次效率，而且倍率性能和循環(huán)性能得以明顯改善。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的硬碳包覆軟碳復合材料的制備方法的技術方案是：

一種硬碳包覆軟碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：

1)將含有瀝青類化合物、二氧化鈦、有機溶劑的前驅體液，在壓力為(1～10)Mpa、溫度為(120～200)℃的條件下進行水熱反應，得到內核前驅體顆粒；

2)將硬碳前驅體、鋰鹽、苯磺酸溶解于溶劑中，得到包覆溶液，使用包覆溶液包覆內核前驅體顆粒，然后進行碳化，即得。

一種硬碳包覆軟碳復合材料，所述硬碳包覆軟碳復合材料為核殼結構，內核為TiO₂摻雜的軟碳，外殼為鋰鹽摻雜的硬碳；

內核中，TiO₂、軟碳的質量比為(1～10)：(30～50)；所述軟碳由瀝青類化合物熱解形成，所述瀝青類化合物包括煤瀝青、石油瀝青中的一種或兩種；

外殼中，鋰鹽在硬碳中的摻雜量為1-10％；

內核與外殼的質量比為100:(10～30)。

外殼中摻雜的鋰鹽優(yōu)選為有機鋰鹽，所述有機鋰鹽為醋酸鋰、甲基鋰、乙基鋰、苯基鋰中的一種或兩種以上。采用有機鋰鹽較無機鋰鹽，具有反應條件溫和、反應充分(預鋰化程度高)，及其預鋰化后生成的有機鋰化合物與電解液具有較好的相容性，提高其材料的一致性及其循環(huán)性能。

為進一步改善材料的振實密度，提高電池的能量密度，優(yōu)選的，所述硬碳包覆軟碳復合材料的粒徑為(5～20)μm。