[發明專利]一種硬碳復合材料及其制備方法和應用在審

申請號：	202210567487.6	申請日：	2022-05-23
公開（公告）號：	CN114843483A	公開（公告）日：	2022-08-02
發明（設計）人：	梁金;梁慧宇	申請（專利權）人：	常州烯源谷新材料科技有限公司
主分類號：	H01M4/36	分類號：	H01M4/36;H01M4/485;H01M4/587;H01M10/42
代理公司：	深圳壹舟知識產權代理事務所(普通合伙) 44331	代理人：	歐志明
地址：	213000 江***	國省代碼：	江蘇;32
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種復合材料及其制備方法應用
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【說明書】：

本發明實施例公開了一種硬碳復合材料，其以椰殼為原料，通過與偶聯劑、碳酸氫鈉和催化劑混合并熱解后制得多孔硬碳前驅體，將Li₂O粉末和Ag粉末混合球磨得到補鋰添加劑，以補鋰添加劑的懸濁液與多孔硬碳前驅體混合，噴霧干燥，碳化，得到補鋰添加劑的軟碳包覆硬碳復合材料。本發明制備的硬碳復合材料作為電池負極材料，硬碳在碳酸氫鈉熱解、偶聯劑、催化劑與生物質作用下，形成比表面積高、結構穩定的材料，比容量高，阻抗低；外層包覆Li₂O/Ag，進行材料表面補鋰，提升材料的首次效率，提升氧化鋰的電子導電性，并提升功率性能，并可通過調整補鋰添加劑的組成及與硬碳的比例靈活調整材料的性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，具體涉及一種硬碳復合材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著鋰離子電池對低溫、快充要求的提高，需要鋰離子電池負極具有高的能量密度、快充及低溫性能。而目前市場化的石墨材料其理論比容量僅僅有372Ah/g，且低溫性能偏差，僅僅可以滿足≤4C的充電能力，無法滿足未來對高能量密度、快充及低溫的需求。硬碳材料如有以下特點：(1)各向同性結構，(2)層間距較大；(3)應力變化小；(4)嵌鋰容量高；(5)電壓平臺高；以上優點使硬碳作為負極材料具有優異的低溫性能和倍率性能；但是其高溫存儲性能差、比容量偏低及首次效率偏低，影響其能量密度的發揮，雖然可以通過材料摻雜提升材料的比容量，但是材料的首次效率仍然偏低(82％)，降低正極材料的克容量發揮，無法提升全電池的能量密度。

發明內容

為解決現有技術的以上不足，本發明提供一種硬碳復合負極材料，采用軟碳包覆多孔硬碳，具有較高的首次效率、能量密度和優異的循環性能。

為實現以上技術目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明第一方面的技術目的是提供一種硬碳復合材料的制備方法，包括以下步驟：

制備多孔硬碳前驅體：將椰殼以酸處理后干燥，與偶聯劑、碳酸氫鈉和催化劑的有機溶劑溶液中混合均勻，噴霧干燥，再于500-1300℃進行熱解，冷卻，得到多孔硬碳前驅體；其中，所述催化劑選自三乙胺、4-二甲氨基吡啶、四甲基胍和三乙烯二胺中的至少一種；

制備補鋰添加劑：將Li₂O粉末和Ag粉末按照質量比2-5:1混合，球磨后得到Li₂O/Ag的補鋰添加劑；

復合材料的制備：將補鋰添加劑以有機溶劑分散成質量濃度為1％-10％的懸濁液，再加入制備的多孔硬碳前驅體，攪拌均勻，噴霧干燥，碳化，得到補鋰添加劑的軟碳包覆硬碳復合材料。

在上述制備方法中，酸處理后的椰殼、偶聯劑、碳酸氫鈉和催化劑混合的質量比為100:(1-5):(1-5):(0.5-2)。

在上述制備方法中，所述偶聯劑選自乙烯基三乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、甲基乙烯基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷和γ-巰基丙基三甲氧基硅烷中的至少一種。

在上述制備方法中，所述有機溶劑選自四氯化碳、N-甲基吡咯烷酮、二甲苯和環己烷中的至少一種。

在上述制備方法中，所述熱解是以1-10℃/min的升溫速率升溫至500-1300℃，優選以2-5℃/min的升溫速率升溫至至700-1000℃。

在上述制備方法中，所述熱解的時間為1-6h。