一种复合硬碳负极极片及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种复合硬碳负极极片及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：(1)将硬碳活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂制成浆料涂覆在负极集流体表面，得到极片；(2)使用前驱体对所述极片进行原子沉积处理，得到所述复合硬碳负极极片，本发明专利技术利用原子沉积技术在硬碳电极表面沉积一层无机氧化物，包括铝源和/或镁源，致密的保护膜有效阻挡硬碳材料直接与电解液接触，可以提升电极稳定性和库伦效率，另外，也降低界面电阻，提高倍率性能。提高倍率性能。

【技术实现步骤摘要】
一种复合硬碳负极极片及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于锂离子电池
，涉及一种复合硬碳负极极片及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]硬碳作为最有潜力的锂离子电池和钠离子电池的负极材料之一，引起了研究者们极大的兴趣。和传统的石墨负极材料相比，硬碳具有更高的可逆比容量、更好的倍率性能和较低的生产成本。制备硬碳负极材料的有机物前驱体种类非常丰富，包括煤焦油、环氧树脂、高分子交联聚合物以及天然植物原料等。硬碳作为负极材料时，其可逆容量、首次充放电过程中的容量损失以及充放电曲线的形状都与其微观结构和杂质原子的含量密切相关，但是由于硬碳高的比表面积及其材料自身的多孔结构，造成其材料的首次效率偏低，比容量偏低。
[0003]目前对硬碳改性的方法大多是进行掺杂的方式，这种方式对硬碳材料的表面稳定性提高的效果不明显。另外一种方式是进行材料表面包覆，目前的包覆主要是通过在材料表面包覆无定形碳提升材料的首次效率，但是存在导电率差，首次效率提升幅度有限的问题。传统的碳材料表面包覆的方法包括化学气相沉积、溶液蒸发法等，上述方法存在有不容易做到精准控制的问题。
[0004]CN114420938A公开了一种金属氧化物无定形碳包覆硬碳复合材料，所述复合材料具有核壳结构，内核为掺杂有磷的硬碳，外壳为掺杂金属的无定型碳材料，其通过在材料端设计核壳结构，内核中掺杂有磷的硬碳材料，表面包覆金属有机化合物和无定形碳复合体。
[0005]CN109256541A公开了一种硬碳负极材料，其所述硬碳负极材料经前处理、油水混热、后处理等工艺，利用廉价的原材料，利用特定的油水混热工艺进行反应，实现对氧化钒的碳层包覆，提高氧化钒的结构稳定性，得到性能优异的电极材料。
[0006]上述方案对包覆层的厚度和包覆的完整性存在一定的缺陷，且降低了粉体的电导率。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种复合硬碳负极极片及其制备方法和应用，本专利技术利用原子沉积技术在硬碳电极表面沉积一层无机氧化物，包括铝源和/或镁源，致密的保护膜有效阻挡硬碳材料直接与电解液接触，可以提升电极稳定性和库伦效率，另外，也降低界面电阻，提高倍率性能。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种复合硬碳负极极片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0010](1)将硬碳活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂制成浆料涂覆在负极集流体表面，得到极片；
[0011](2)使用前驱体对所述极片进行原子沉积处理，得到所述复合硬碳负极极片。
[0012]本专利技术通过原子沉积技术进行硬碳电极表面包覆一层无机氧化物，此类表面包覆的氧化物层有效地避免了硬碳材料表面与电解液的直接接触，起到人工固态电解液介质膜的作用。改善硬碳材料表面稳定性、提高可逆克容量和首次库伦效率，操作简单。
[0013]优选地，步骤(1)所述导电剂包括导电炭黑SP。
[0014]优选地，所述分散剂包括羧甲基纤维素。
[0015]优选地，所述粘结剂包括丁苯橡胶。优选地，所述负极集流体包括铜箔。
[0016]优选地，步骤(1)所述硬碳活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂的质量比为(88～93):(2～5):(1～3):(2～5)，例如：88:4:3:5、89:3:3:5、90:3:2:5、90:4:2:4或92:2:2:4等。
[0017]优选地，步骤(1)所述涂覆后进行恒温干燥和冷压处理。
[0018]优选地，所述恒温干燥的温度为80～90℃，例如：80℃、82℃、85℃、88℃或90℃等。
[0019]优选地，所述恒温干燥的时间为0.5～1.5h，例如：0.5h、0.8h、1h、1.2h或1.5h等。
[0020]优选地，步骤(2)所述前驱体包括铝源和/或镁源。
[0021]优选地，所述铝源包括三甲基铝。
[0022]优选地，所述镁源包括二茂镁。
[0023]优选地，步骤(2)所述原子沉积处理的温度为180～220℃，例如：180℃、190℃、200℃、210℃或220℃等。
[0024]优选地，所述原子沉积处理的循环次数为8～12次，例如：8次、9次、10次、11次或12次等。
[0025]优选地，所述原子沉积处理的加热时间为40～50min，例如：40min、42min、45min、48min或50min等。
[0026]优选地，步骤(2)所述原子沉积处理包括前驱体脉冲和去离子水脉冲。
[0027]优选地，每次前驱体脉冲的时间为15～30ms，例如：15ms、18ms、20ms、25ms或30ms等。
[0028]优选地，每次前驱体脉冲后清洗15～30s，例如：15s、18s、20s、25s或30s等。
[0029]优选地，每次去离子水脉冲的时间为15～30ms，例如：15ms、18ms、20ms、25ms或30ms等。
[0030]优选地，每次去离子水脉冲后清洗20～40s，例如：20s、25s、30s、35s或40s等。
[0031]第二方面，本专利技术提供了一种复合硬碳负极极片，所述复合硬碳负极极片通过如第一方面所述方法制得，所述复合硬碳负极极片包括硬碳负极极片和设置于所述硬碳负极极片表面的氧化物包覆层。
[0032]优选地，所述氧化物包覆层的厚度为8～12nm，例如：8nm、9nm、10nm、11nm或12nm等。
[0033]第三方面，本专利技术提供了一种锂离子电池，所述锂离子电池包含如第二方面所述的复合硬碳负极极片。
[0034]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0035](1)本专利技术利用原子沉积技术在硬碳电极表面沉积一层无机氧化物，包括氧化铝、氧化镁等，致密的保护膜有效阻挡硬碳材料直接与电解液接触，可以提升电极稳定性和库
伦效率，另外，也降低界面电阻，提高倍率性能。
[0036](2)本专利技术所述方法可以提高可逆嵌入容量、提高充放电的首次库伦效率，同时降低不可逆容量、改良硬碳表面和材料的比表面积。
[0037](3)根据电性能数据得出，本专利技术通过原子沉积氧化铝和/或氧化镁可以明显提高电池首次库伦效率和倍率性能。
具体实施方式
[0038]下面通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本专利技术，不应视为对本专利技术的具体限制。
[0039]实施例1
[0040]本实施例提供了一种复合硬碳负极极片，所述复合硬碳负极极片的制备方法如下：
[0041](1)将硬碳活性物质与导电炭黑SP、羧甲基纤维素和丁苯橡胶按照质量比90：4：2：4进行混合，搅拌均匀后，涂覆在铜箔集流体上，放在85℃恒温烘箱干燥1h，进行冷压得到极片；
[0042](2)将冷压后的极片平铺在样品盘中，放入预加热的反应腔内，待进行表面沉积，打开机械泵，沉积本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合硬碳负极极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：(1)将硬碳活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂制成浆料涂覆在负极集流体表面，得到极片；(2)使用前驱体对所述极片进行原子沉积处理，得到所述复合硬碳负极极片。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述导电剂包括导电炭黑SP；优选地，所述分散剂包括羧甲基纤维素；优选地，所述粘结剂包括丁苯橡胶；优选地，所述负极集流体包括铜箔。3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述硬碳活性材料、导电剂、分散剂和粘结剂的质量比为(88～93):(2～5):(1～3):(2～5)。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述涂覆后进行恒温干燥和冷压处理；优选地，所述恒温干燥的温度为80～90℃；优选地，所述恒温干燥的时间为0.5～1.5h。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述前驱体包括铝源和/或镁源；优选地，所述铝源包括三甲基铝；优选地，所述镁源包...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢顺利，冀亚娟，谢英朋，
申请(专利权)人：惠州亿纬锂能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：