一种硬碳-软碳-快离子导体复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种硬碳

【技术实现步骤摘要】
一种硬碳
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软碳
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快离子导体复合材料的制备方法


[0001]本专利技术属于锂离子电池材料制备领域，具体涉及一种硬碳
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软碳
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快离子导体复合材料的制备方法。

技术介绍

[0002]硬碳材料以其层间距大、低温性能优异、快充性能好等优点，被广泛应用于HEV/48V及其部分EV车型。硬碳材料未来有望成为钠离子电池的首选材料。
[0003]但是由于硬碳材料具有自身比容量低(300mAh/g)、首次效率低(80％)、压实密度低(1.0g/cm3)等缺陷，造成其在锂离子电池中的应用受到限制。而软碳材料虽然在比容量(330mAh/g)、首次效率(85％)、压实密度(1.3g/cm3)方面有所提升，但是其电压平台高，功率性能不如硬碳，与硬碳材料相比优势不明显。因此需要通过包覆或掺杂等手段，制备功率性能更好、效率更高的新型材料，以改善硬碳材料或软碳材料存在的缺陷，并发挥硬碳材料和软碳材料之间的协同效应。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对硬碳材料和软碳材料自身存在的缺陷，提供一种比容量高、首次效率高、功率性能好的硬碳
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软碳
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快离子导体复合材料的制备方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案为：
[0006]一种硬碳
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软碳
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快离子导体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1:称取质量比为30～70：30～70：1～10：1～10：50～500的木质素、淀粉、稀土偶联剂、交联剂、氧化石墨烯溶液分散均匀，之后通过水热反应、过滤、冷冻干燥，制备出硬碳前驱体复合材料；
[0008]S2:将所述硬碳前驱体复合材料与快离子导体溶液混合均匀，通过水热反应，制备得到快离子导体掺杂硬碳材料；
[0009]S3:称取所述快离子导体掺杂硬碳材料与沥青，粉碎后混合均匀，在惰性气体保护下，以1～10℃/min的升温速率升温到700～1000℃，并保温1～6h，之后降到室温，得到所述硬碳
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软碳
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快离子导体复合材料。
[0010]进一步地，步骤S1中所述稀土偶联剂的制备方法为，按照质量比10:1～3称取钛酸二异丙酯或异丙基三油酸酰氧基钛酸酯，与氧化铈或氧化钌混合均匀，并在温度为100～150℃的条件下反应0.5～2h，得到所述稀土偶联剂。
[0011]进一步地，步骤S1中所述交联剂为过硫酸铵、过甲酸、过氧化苯甲酰中的任意一种。
[0012]进一步地，步骤S1中所述氧化石墨烯的质量浓度为0.5～5％。
[0013]进一步地，步骤S1中所述水热反应条件为温度100～300℃，压强1～5Mpa，时间1～12h。
[0014]进一步地，步骤S2中所述快离子导体溶液的质量浓度为1～10wt％。
[0015]进一步地，步骤S2中所述快离子导体溶液与硬碳前驱体复合材料的质量比为1～10:100。
[0016]进一步地，步骤S2中所述快离子导体溶液中快离子导体为锆酸镧锂、钛酸镧锂、钽酸镧锂、钛酸铈锂中的任意一种，溶剂为无水乙醇、乙二醇、甲醇、丁二醇、丙二醇中的任意一种。
[0017]进一步地，步骤S2中水热反应条件为温度为100～200℃、压强为1～5Mpa、反应时间为1～6h。
[0018]进一步地，步骤S3中所述快离子导体掺杂硬碳材料与沥青的质量比为100:1～10；所述沥青为软化点为100～250℃的煤沥青、石油沥青、中间相沥青中的任意一种。
[0019]本专利技术的有益效果：
[0020]1)在硬碳前驱体复合材料中掺杂稀土化合物，提升了电子导电率；利用稀土偶联剂和交联剂的作用形成了孔洞丰富的结构；木质素自身碳化后形成的球状结构与淀粉碳化后形成的颗粒状结构相互补充，提升了材料的振实密度和提升电子导电率。
[0021]2)在硬碳前驱体复合材料表面包覆掺杂含有稀土的快离子导体，一方面利用快离子导体的离子导电率高的特性提升功率性能；另一方面，快离子导体中含有稀土化合物可以提升电子导电率，催化作用形成的孔洞可以提升储锂容量。
[0022]3)通过将沥青混合、碳化、包覆在快离子导体掺杂硬碳材料的表面，减少了快离子导体掺杂硬碳材料与电解液的接触机率，降低了其副反应，提升了首次效率；同时，包覆在外层的沥青碳化后形成的软碳，可以提升材料与粘结剂的相容性，改善加工性能。
附图说明
[0023]图1为实施例1制备出硬碳
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软碳
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快离子导体复合材料的SEM图。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0025]实施例1
[0026]本实施例中的硬碳
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软碳
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快离子导体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0027]S1:称取50g木质素、50g淀粉、5g稀土偶联剂、5g过硫酸铵、300ml,1wt％氧化石墨烯溶液分散均匀，之后通过水热反应(水热反应条件为温度200℃，压强3Mpa，时间6h)、过滤、冷冻干燥(冷冻干燥条件为温度
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40℃，时间24h)，制备出硬碳前驱体复合材料。本实施例中的稀土偶联剂采用以下方法制备：称取100g钛酸二异丙酯与20g氧化铈混合均匀，并在120℃的温度反应1h，得到所述稀土偶联剂。
[0028]S2:将5g锆酸镧锂添加到100ml乙醇中，配置质量浓度为5wt％的快离子导体溶液；之后向所述快离子导体溶液中添加100g所述硬碳前驱体复合材料，混合均匀，之后将所述快离子导体溶液与所述快离子导体溶液转移到高压反应釜中，并通过水热反应，在温度为150℃、压强为3Mpa的条件下，反应3h，之后过滤，在80℃的温度下真空干燥24h，得到所述快离子导体掺杂硬碳材料。
[0029]S3:分别称取100g所述快离子导体掺杂硬碳材料与5g石油沥青，并添加到球磨机中混合均匀，之后转移到管式炉中，首先通入氩气惰性气体排除管内空气，并以5℃/min的升温速率升温到900℃，并保温3h，之后在氩气惰性气氛下降温到室温，粉碎，得到所述硬碳
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软碳
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快离子导体复合材料。
[0030]实施例2
[0031]本实施例中的硬碳
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软碳
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快离子导体复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0032]S1:称取30g木质素、70g淀粉、1g稀土偶联剂、1g过甲酸和500ml，0.5wt％氧化石墨烯溶液分散均匀，之后通过水热反应(水热反应条件为温度100℃，压强5Mpa，时间12h)、过滤、冷冻干燥，制备出硬碳前驱体复合材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硬碳
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软碳
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快离子导体复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1:称取质量比为30～70：30～70：1～10：1～10：50～500的木质素、淀粉、稀土偶联剂、交联剂、氧化石墨烯溶液分散均匀，之后通过水热反应、过滤、冷冻干燥，制备出硬碳前驱体复合材料；S2:将所述硬碳前驱体复合材料与快离子导体溶液混合均匀，通过水热反应，制备得到快离子导体掺杂硬碳材料；S3:称取所述快离子导体掺杂硬碳材料与沥青，粉碎后混合均匀，在惰性气体保护下，以1～10℃/min的升温速率升温到700～1000℃，并保温1～6h，之后降到室温，得到所述硬碳
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软碳
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快离子导体复合材料。2.根据权利要求1所述的硬碳
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软碳
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快离子导体复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述稀土偶联剂的制备方法为，按照质量比10:1～3称取钛酸二异丙酯或异丙基三油酸酰氧基钛酸酯，与氧化铈或氧化钌混合均匀，并在温度为100～150℃的条件下反应0.5～2h，得到所述稀土偶联剂。3.根据权利要求1所述的一种硬碳
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软碳
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快离子导体复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述交联剂为过硫酸铵、过甲酸、过氧化苯甲酰中的任意一种。4.根据权利要求1所述的一种硬碳
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软碳
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快离子导体复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述氧化石墨烯的质量浓度为0.5～5％。5.根据权利要求1
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【专利技术属性】
技术研发人员：梁金，
申请(专利权)人：深圳市金牌新能源科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：