[發明專利]一種高能量密度快充負極材料的制備方法

有效

• 申請號: 202211427111.1
• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN115714170B
• 公開（公告）日: 2023-10-13
• 發明（設計）人: 杜輝玉
• 申請（專利權）人: 貴州暉陽科技創新研究有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;B82Y40/00;H01M4/38;H01M4/587;H01M4/62;C01F17/235;C01B32/21;C01B32/05;C01B33/029;C01F17/10;C01F17/229;C01F17/224
• 代理公司: 貴陽東圣專利商標事務有限公司 52002
• 代理人: 袁慶云

發明公開了一種高能量密度快充負極材料的制備方法，包括：將金屬催化劑、稀土碳酸鹽混合均勻后，再與石墨，粘結劑混合均勻，通過等靜壓技術壓制成塊狀結構，并在溫度為1000?1500℃進行碳化后，通入鹵素混合氣體進行表面改性，之后降溫到700?1000℃依次通入硅烷氣體和碳源氣體進行硅沉積和碳沉積，即得。本發明能提升材料的存儲、倍率性能和循環性能。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池材料制備領域，具體來說涉及一種高能量密度快充負極材料的制備方法。

背景技術

隨著市場對高能量密度電池需求的增加，要求鋰離子電池負極材料所用負極材料在具有高能量密度的同時材料的快充性能也應得到提升，目前提升石墨能量密度的措施主要是從原料、石墨化度及其摻雜一些高容量的硅基等材料提升能量密度，但是存在快充性能下降，不能同時兼顧能量密度與快充性能。比如專利CN201910987301.0 公開了單顆粒、二次顆?；旌系母吣芰棵芏仁摌O材料及制備方法，其主要通過高溫石墨化提升石墨的能量密度，但是造成材料的動力學下降、高溫性能變差；專利申請號CN201811642943.9公開了一種硅/膨脹石墨/無定型碳復合材料及其制備方法，將正硅酸乙酯、無水乙醇和去離子水進行混合，滴加草酸溶液和氨水，形成醇凝膠，老化、超臨界干燥，得到SiO₂氣凝膠塊狀固體，與鎂粉混合得到納米多孔硅；然后將納米多孔硅與膨脹石墨在乙醇中進行混合、攪拌、浸漬、過濾，最后在保護氣氛下進行包覆，得到硅/膨脹石墨/無定型碳復合材料，能量密度雖然得到提升，但是膨脹較大，動力學性能下降，其原因為摻雜的元素自身電子阻抗低造成其動力學下降。

發明內容

本發明的目的在于克服上述缺點而提供的一種能提升材料的存儲、倍率性能和循環性能的高能量密度快充負極材料的制備方法。

本發明的一種高能量密度快充負極材料的制備方法，包括如下步驟：

步驟S1：按質量比為金屬催化劑：稀土碳酸鹽：石墨：粘結劑=1-5:1-5:100:1-10，將金屬催化劑、稀土碳酸鹽混合均勻后，再與石墨，粘結劑混合均勻，通過等靜壓技術壓制成塊狀結構，并在溫度為1000-1500℃進行碳化12-72h，得到多孔石墨前驅體材料；

步驟S2：將多孔石墨前驅體材料轉移到管式爐中，以10-100ml/min通入鹵素混合氣體進行表面改性時間1-6h，得到石墨復合材料，其中鹵素混合氣體的體積比為鹵素氣體：氬氣=1-10:10；

步驟S3：將石墨復合材料轉移到高溫旋轉爐中，升溫到1000-1400℃，按1-5L/min通入硅烷氣體30-120min后，降溫到800-1000℃，按流量0.1-1L/min通入碳源氣體10-60min，然后在氬氣氣氛下降溫到室溫，得到硅摻雜高容量快充負極材料。

上述的一種高能量密度快充負極材料的制備方法，其中：步驟S1中所述的金屬催化劑為Fe-Ni合金(1:1)，鈰釩合金（1:1），Pd-B合金(1:1)，釤-銅合金（1：1）中的一種金屬合金；稀土碳酸鹽為碳酸鈰、碳酸鑭、碳酸鐠、碳酸釹、碳酸釤、碳酸銪或碳酸釓；粘結劑為石油瀝青、煤瀝青、中間相瀝青，酚醛樹脂、環氧樹脂或糠醛樹脂。

上述的一種高能量密度快充負極材料的制備方法，其中：步驟S2中所述的鹵素氣體為氟氣、氯氣或溴氣。

上述的一種高能量密度快充負極材料的制備方法，其中：步驟S3中所述的硅烷氣體為SiH₄，碳源氣體為甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、或天然氣。