[發明專利]氮摻雜的硅氧化物/氧化鋅/石墨/碳復合負極材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202111139137.1
• 申請日: 2021-09-27
• 公開（公告）號: CN113889609B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 王興蔚;侯佼;王北平;侯春平;馬勇;賀超;楊丹
• 申請（專利權）人: 博爾特新材料（銀川）有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/48;H01M4/587
• 代理公司: 銀川瑞海陳知識產權代理事務所(普通合伙) 64104
• 代理人: 贠天娥

1.一種氮摻雜的硅氧化物/氧化鋅/石墨/碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)氮源復合：向含氮溶液中加入一定量的石墨化無煙煤微粉，混合均勻后注入高壓反應釜中，加熱反應釜至指定溫度后，將液態二氧化碳泵入反應釜使釜內二氧化碳達到設定壓力，控制反應釜內物料的溫度和壓力并保持一定時間，然后緩慢泄壓排出反應釜內二氧化碳，重復上述超臨界操作數次，制得預處理的石墨微粉溶液；

(2)水熱法氮摻雜：高壓反應釜在密閉條件下，將步驟(1)預處理的石墨微粉溶液在攪拌的同時加熱至指定溫度并保持反應一定時間后，停止攪拌，自然冷卻至室溫制得氮摻雜改性石墨微粉溶液；

(3)納米二氧化硅溶膠制備：室溫下配置一定濃度的堿性水溶液，在攪拌狀態下向堿性水溶液中加入穩定劑并混合一定時間至均勻，然后緩慢加入四氯化硅調節溶液酸堿度至中性，并繼續保持攪拌反應一定時間后，將溶液靜置陳化得到穩定狀態的納米二氧化硅溶膠；

(4)納米二氧化硅溶膠復合：將步驟(3)制得的納米二氧化硅溶膠按一定比例與步驟(2)制得的氮摻雜改性石墨微粉溶液在高壓反應釜中攪拌均勻形成混合溶液，停止攪拌并加熱反應釜至指定溫度，將液態二氧化碳泵入反應釜使釜內二氧化碳達到設定壓力，控制并保持反應釜內物料的溫度和壓力一定時間，然后緩慢泄壓排出反應釜內的二氧化碳，并經洗滌、脫液及烘干制得氮摻雜的二氧化硅/石墨復合物；

(5)熔融還原：將金屬鋅粉與步驟(4)制得的氮摻雜的二氧化硅/石墨復合物按一定比例混合均勻后投入高溫反應釜，在保護性氣體氣氛下，從室溫攪拌升溫至第一恒溫溫度T1并保溫，T1保溫結束后繼續攪拌升溫至第二恒溫溫度T2并保溫，保溫結束后攪拌冷卻至室溫，得到氮摻雜的硅氧化物/氧化鋅/石墨復合物；

(6)混捏包覆及壓坯：將有機碳源與步驟(5)制得的氮摻雜的硅氧化物/氧化鋅/石墨復合物按一定比例混合均勻后投入混捏機，加熱條件下對混合物進行混捏包覆處理，混捏結束冷卻后將物料投入壓片機，指定壓力下保持一定時間形成有機碳源包覆氮摻雜的硅氧化物/氧化鋅/石墨復合負極材料前驅體坯體；

(7)高溫煅燒：將有步驟(6)制得的有機碳源包覆氮摻雜的硅氧化物/氧化鋅/石墨復合負極材料前驅體坯體置于高溫氣氛爐，在保護性氣體氣氛下進行煅燒處理，煅燒結束后爐內自然冷卻至室溫，粉碎篩分分級得到最終產物氮摻雜的硅氧化物/氧化鋅/石墨/碳復合負極材料。

2.如權利要求1所述的氮摻雜的硅氧化物/氧化鋅/石墨/碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(1)中石墨化無煙煤微粉平均粒徑D50為6.0～12.0μm，碳含量99.5％以上，無煙煤原料優選太西無煙煤；

所述步驟(1)中含氮溶液中的氮源溶質為尿素、三聚氰胺、氯化銨中的一種或幾種，所述含氮溶液中的溶劑為去離子水、乙醇、N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺中的一種，含氮溶液中氮源質量分數為3～8％，石墨化無煙煤微粉與含氮溶液中溶質氮源質量比為1：(0.05～0.15)；

所述步驟(1)中高壓反應釜內控制溫度為31～80℃，壓力為7～35MPa，物料在高壓反應釜內超臨界保持時間為1.5～3.0h，緩慢泄壓時間不低于2.5h，超臨界操作次數為2～4次。

3.如權利要求1所述的氮摻雜的硅氧化物/氧化鋅/石墨/碳復合負極材料的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中攪拌轉速為150～850r/min，高壓反應釜內物料反應溫度為130～200℃，物料反應時間為2～6h。