[發明專利]一種氮摻雜硬碳包覆人造石墨復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010634584.3
• 申請日: 2020-07-02
• 公開（公告）號: CN113889596A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（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;H01M4/62;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

本發明屬于二次電池領域，具體涉及一種氮摻雜硬碳包覆人造石墨復合材料的制備方法。該方法所得氮摻雜硬碳包覆人造石墨復合材料為核殼結構，內核為人造石墨，外殼為氮摻雜硬碳包覆層，氮摻雜硬碳包覆層的質量為人造石墨內核質量的(0.5～2)％；外殼與內核之間通過化學鍵鍵合，所述化學鍵包括由外殼上的氨基和或亞氨基與人造石墨上的羧基反應形成的酰胺鍵。采用該方法制備的氮摻雜硬碳包覆人造石墨復合材料，提高了包覆質量和電子導電性，使石墨負極材料的倍率性能、循環性能和一致性得到顯著提升。

技術領域

本發明屬于二次電池負極材料領域，具體涉及一種氮摻雜硬碳包覆人造石墨復合材料的制備方法。

背景技術

目前隨著市場對石墨能量密度及其倍率性能要求的提高，要求石墨材料在具有高能量密度的同時，也要求具有較高的倍率性能。目前提升負極材料能量密度及其倍率的方法之一是進行表面包覆，如利用軟碳或硬碳進行包覆。

CN110797513A的中國發明專利申請公開了一種石墨-硬碳包覆型材料及其制備方法，其是采用石墨和低聚酚醛樹脂進行混合后，進行固化和熱解，將硬碳包覆于石墨材料表面，制得高容量的負極材料。

傳統軟碳或硬碳包覆的負極材料，包覆層材料的結構取向不同，同一批次材料的阻抗差異較大，容易對倍率性能和循環性能造成不良影響。而且包覆層與石墨是通過物理混合粘合，這種物理粘合作用的一致性和穩定性較差，時常造成包覆層全部脫落或部分脫落，進一步導致石墨負極材料的倍率、循環性能以及一致性變差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氮摻雜硬碳包覆人造石墨復合材料的制備方法，以解決現有石墨負極材料的倍率性能和循環性能差的問題。

為實現上述目的，本發明的氮摻雜硬碳包覆人造石墨復合材料的制備方法的技術方案是：

一種氮摻雜硬碳包覆人造石墨復合材料的制備方法，所述氮摻雜硬碳包覆人造石墨復合材料為核殼結構，內核為人造石墨，外殼為氮摻雜硬碳包覆層，氮摻雜硬碳包覆層的質量為人造石墨內核質量的(0.5～2)％；外殼與內核之間通過化學鍵鍵合，所述化學鍵包括由外殼上的氨基和或亞氨基與人造石墨上的羧基反應形成的酰胺鍵；所述氮摻雜硬碳包覆層中的氮的摻雜量為(0.5～2)％；采用包括以下步驟的方法進行制備：

1)將硬碳前驅體、氧化劑、四丁基溴化銨、表面活性劑于溶劑中分散均勻，得到前驅體液；所述硬碳前驅體上含有氨基和或亞氨基；所述氧化劑為過硫酸銨、過硫酸鉀、雙氧水、高錳酸鉀中的一種或兩種以上；

對人造石墨進行氧化處理，得到氧化人造石墨；

2)使用前驅體液對氧化人造石墨進行包覆，干燥，然后在(600～1000)℃進行碳化，再在(2500～3000)℃進行石墨化。

采用上述方法制備的氮摻雜硬碳包覆人造石墨復合材料，將外殼和內核通過氨酯鍵鍵合在一起，與物理粘合相比，其結合力高且穩定，有利于提高材料的一致性。另外，通過鍵合過程，可使硬碳包覆層的取向趨于一致，這有利于降低材料阻抗，從而提高材料的倍率性能和循環性能。硬碳經氮摻雜后，一方面利用硬碳材料層間距大、傳輸鋰離子快的特性提升其快充性能，另一方面利用摻雜氮原子由載流子密度強的特性，降低阻抗，提升倍率性能和功率性能。該復合材料提高了包覆質量和電子導電性，使石墨負極材料的倍率性能、循環性能和一致性得到顯著提升。

為進一步改善負極材料的振實密度，提高電池能量密度，優選的，所述氮摻雜硬碳包覆人造石墨復合材料的粒徑為8-15μm。

本發明提供的氮摻雜硬碳包覆人造石墨復合材料的制備方法，將外殼和內核通過化學鍵合形成復合材料，制備工藝簡單，適合大規模工業化生產。