[發明專利]一種銅鎳共摻雜的碳化硅鋰離子電池負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110503644.2
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113224304B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 覃儼
• 申請（專利權）人: 江西普瑞森新能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 成都魚爪智云知識產權代理有限公司 51308
• 代理人: 楊洪婷

本發明公開了一種銅鎳共摻雜的碳化硅鋰離子電池負極材料及其制備方法，該方法通過凝膠?溶膠技術和煅燒熱處理技術，實現了在碳化硅的合成過程中原位摻雜銅、鎳，其制備的Cu,Ni?SiC電極材料展示出高的儲鋰容量以及電化學循環穩定性，這在鋰離子電池中顯示出重要的應用價值。

技術領域

本發明涉及鋰離子電池和碳化硅技術領域，特別是涉及一種銅鎳共摻雜的碳化硅鋰離子電池負極材料及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著社會經濟與科學技術的快速發展，在緊跟市場前進的腳步下，人們對高能便攜式電源的需求猛增。尤其是在大容量動力電池的應用中，激發了人們對電池材料，尤其是高能量密度鋰離子電池負極材料的需求。碳化硅(SiC)由于其具有較寬的帶隙、高的電子遷移率、高的化學穩定性、高的能量密度以及較大的比表面積，理論上有利于實現鋰離子嵌入-嵌出的電化學反應，被人們認為是非常有前景的鋰離子電池負極材料，但是其在實際應用中仍然存在材料結構難以控制、儲鋰容量低、電化學循環性能差等問題。CN111668463A公開了一種鋰離子電池負極材料及其制備方法，該發明通過混合熱解碳-碳纖維復合體、硅-碳化硅復合納米線、硅粉以及碳微球，構建出一種三維樹狀結構的硅-碳電極材料，以此來提高各組分之間的結合度，進而可提高該鋰離子電池負極材料的比容量和穩定性；但該發明僅提供了材料的合成方法，未介紹其在鋰離子電池負極材料中的應用效果，對材料的探索及開發不具有實際的意義。CN108400311B公開了一種氮摻雜絮狀碳硅復合電極材料及其原位制備方法，該發明利用輻照技術原位制備出一種氮摻雜的絮狀碳硅復合電極材料，該材料雖然具有簡單的合成技術，但其電化學儲鋰容量較低，有待進一步提升。所以開發一種大容量、循環穩定性可靠的碳化硅負極材料引起了人們研究熱潮。

發明內容

為了解決上述的問題，本發明提供了一種銅鎳共摻雜的碳化硅鋰離子電池負極材料及其制備方法，其中技術方案如下：

步驟1：在磁力攪拌下，將硅酸四乙酯和無水乙醇混合，然后加入碳源混合攪拌5-20min，然后在水浴環境中加入0.5mol/L的鹽酸至試液水解為均勻的溶膠液；然后加入六水合硝酸鎳和醋酸銅并超聲分散均勻，持續攪拌3-5h后，將其轉移至烘箱中進行低溫干燥得到凝膠；

步驟2：將步驟1獲得的凝膠研磨細碎，然后放入氧化鋁坩堝中，置于管式爐中央位置，并在氫氬混合氣保護下進行高溫煅燒；再將產物研磨細碎，置于塑料燒杯中，然后采用氫氟酸和硝酸的混合液清洗產物并進行過濾，以去除二氧化硅以及其他金屬雜質；最后用去離子水清洗、過濾、干燥，即得到一種銅鎳共摻雜的碳化硅材料(Cu,Ni-SiC)。

作為上述技術方案的優選，進一步包括下列技術特征的部分或全部：

優選地，步驟1所述的碳源為葡萄糖、蔗糖、乙酸鈉中的一種。

優選地，步驟1所述的硅酸四乙酯和碳源的體積比為(2-4):(1-5)，其中碳源溶液的濃度為0.6g/mL。

優選地，步驟1所述的水浴環境為在60-85℃下加熱。

優選地，步驟1所述的硅酸四乙酯和鹽酸的體積比為4:(1-3)。

優選地，步驟1所述的硅酸四乙酯、六水合硝酸鎳和醋酸銅的摩爾比為1:(0.003-0.03):(0.003-0.03)。

優選地，步驟1所述的低溫干燥為在50-70℃烘箱中干燥24h。

優選地，步驟2所述的氫氬混合氣的通氣流量為30-50mL/min；其中氫氣體積占比10％，氬氣體積占比90％。

優選地，步驟2所述的高溫煅燒為以5℃/min的速率升溫至1300-1500℃，持續煅燒3-5h。

優選地，步驟2所述的氫氟酸和硝酸的體積比3:(7-10)。

本發明的合成機理如下：