一种高能量密度快充负极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及锂离子电池材料技术领域，提出了一种高能量密度快充负极材料的制备方法，包括以下步骤：S1、将沥青、有机溶剂、金属催化剂、有机金属化合物混合，得到包覆液；S2、将氧化天然石墨和包覆液混合后，通入二氧化硫气体，反应后得到沥青/催化剂/金属氧化物包覆天然石墨材料；S3、将沥青/催化剂/金属氧化物包覆天然石墨材料在混合气体中进行碳化，得到磷掺杂无定形碳包覆天然石墨；所述S3中混合气体为磷化氢和氩气。通过上述技术方案，解决了现有技术中的石墨负极材料首次放电比容量低、循环性能差的问题。能差的问题。能差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高能量密度快充负极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及锂离子电池材料
，具体的，涉及一种高能量密度快充负极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]当前商业化的锂电池负极材料主要为改性天然石墨和人造石墨，市场要求负极材料在具有高能量密度的同时材料的快充性能也应得到提升。对于开发高能快充人造石墨，需要从原料的选型，材料表面包覆等方面进行设计。比如专利CN 201910987301.0将单颗粒石墨化材料与二次颗粒石墨化材料进行混配，得到单颗粒、二次颗粒混合的高能量密度石墨负极材料，但容量小于358mAh/g，无法满足高倍率的充放电。比如专利CN 202210609143.7公开了锂电池高能量密度兼顾快充石墨负极材料的制备方法，通过将改性用的石墨烯均匀分布于石墨相中，极大增强了石墨材料及其包覆层的电导率，并减小导电剂的添加量，提升能量密度，催化石墨化可将石墨的容量提升到360mAh/g以上，进一步提升电池的能量密度，但是存在功率性能偏差，低温性能偏差等缺陷，且需要去除残余的催化剂过程复杂，影响其产业化推广。

技术实现思路

[0003]本专利技术提出一种高能量密度快充负极材料的制备方法，解决了相关技术中的石墨负极材料首次放电比容量低、循环性能差的问题。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种高能量密度快充负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、将沥青、有机溶剂、金属催化剂、有机金属化合物混合，得到包覆液；
[0007]S2、将氧化天然石墨和包覆液混合后，通入二氧化硫气体，反应后得到沥青/催化剂/金属氧化物包覆天然石墨材料；
[0008]S3、将沥青/催化剂/金属氧化物包覆天然石墨材料在混合气体中进行碳化，得到磷掺杂无定形碳包覆天然石墨；
[0009]所述S3中混合气体为磷化氢和氩气。
[0010]作为进一步技术方案，所述磷化氢与氩气的体积比为1
‑
5:10。
[0011]作为进一步技术方案，所述S1中沥青的软化点为40
‑
80℃。
[0012]作为进一步技术方案，所述S1中金属催化剂、沥青和有机金属化合物的质量比为1
‑
5:5
‑
20:1
‑
5。
[0013]作为进一步技术方案，所述S1中包覆液的浓度为1
‑
10wt％。
[0014]作为进一步技术方案，所述S1中金属催化剂包括氯化铁、氯化钴和氯化镍中的一种或多种；有机金属化合物包括1,1'
‑
双(二苯基膦)二茂铁]二氯化钯、异辛酸铋、异辛酸钴、异辛酸铜、异辛酸锌、异辛酸锆、甲酸锌、甲酸镁、乙酸钙和乙酸铝中的一种或多种。
[0015]作为进一步技术方案，所述S2中氧化天然石墨的制备方法，包括以下步骤：
[0016]A1、将球形天然石墨与氧化剂混合后，得到混合物；
[0017]A2、混合物经过滤、干燥后，在200
‑
400℃进行氧化处理1
‑
6h，得到氧化天然石墨。
[0018]作为进一步技术方案，所述S2中氧化天然石墨与包覆液的质量比为100:100
‑
500。
[0019]作为进一步技术方案，所述S2为将氧化天然石墨和包覆液混合，抽真空至
‑
0.1Mpa后，通入二氧化硫气体至0.5
‑
0.9Mpa，在50
‑
100℃搅拌30
‑
300min后，经过滤，干燥，得到沥青/催化剂/金属氧化物包覆天然石墨材料。
[0020]作为进一步技术方案，所述S3中混合气体的流量为10
‑
100mL/min，通入时间为1
‑
6h。
[0021]本专利技术的工作原理及有益效果为：
[0022]1、本专利技术在制备过程中依靠金属催化剂作用加速反应进程提升材料的石墨化度，并利用有机金属化合物碳化后所得包覆材料提升材料的电子导电率，所得材料应用于锂离子电池具有能量密度高、功率性能好，循环性能优异等特性。
[0023]2、本专利技术复合材料通过磷化氢混合气体对其表面改性，依靠磷自身的高比容量提升能量密度，以及磷化氢去除天然石墨表面的缺陷，降低副反应，提升高温性能。
[0024]3、本专利技术在负压条件下，利用包覆液自身较好的流动性将金属催化剂、有机金属化合物填充在天然石墨的孔隙中，然后进行碳化得到无定形碳和金属掺杂天然石墨，降低阻抗和减少材料的缺陷，降低副反应，提升循环性能和存储性能。
附图说明
[0025]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0026]图1为实施例1得到的磷掺杂无定形碳包覆天然石墨的SEM图。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本专利技术保护的范围。
[0028]下述实施例及对比例中氧化天然石墨的制备方法均为以下步骤：将100g球形天然石墨与500g高锰酸钾混合溶液进行充分搅拌混合后，过滤，在80℃真空干燥24h后，在氩气惰性气氛条件下，300℃高温氧化处理3h，得到氧化天然石墨。
[0029]实施例1
[0030]高能量密度快充负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0031]S1、将10g低软化点沥青添加到320g四氯化碳有机溶剂中混合均匀，之后添加3g氯化铁、3g异辛酸铋分散均匀，得到质量浓度为5wt％的包覆液；其中低软化点沥青的软化点为60℃；
[0032]S2、将100g氧化天然石墨添加到300g包覆液中混合均匀后转移到真空反应釜中，反应釜抽真空到
‑
0.1Mpa后，通入二氧化硫气体至腔内的压强为0.75Mpa，并在80℃持续搅拌90min后，过滤，在80℃真空干燥24h，得到沥青/催化剂/金属氧化物包覆天然石墨材料；
[0033]S3、将上述沥青/催化剂/金属氧化物包覆天然石墨材料转移到管式炉中，通入氩
气惰性气体排除管内空气，之后通入混合气体(气体流量为50mL/min)，并升温至900℃，碳化3h后，在氩气惰性气氛下降温到室温，得到磷掺杂无定形碳包覆天然石墨；其中混合气体为磷化氢和氩气，磷化氢和氩气的体积比为3:10。
[0034]实施例2
[0035]高能量密度快充负极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0036]S1、将5g低软化点沥青添加到700g环己烷有机溶剂中混合均匀，之后添加1g氯化镍、1g异辛酸钴分散均匀，得到质量浓度为1wt％的包覆液；其中低软化点沥青的软化点为40℃；
[0037]S2、将100g氧化天然石墨添加到100g包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高能量密度快充负极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将沥青、有机溶剂、金属催化剂、有机金属化合物混合，得到包覆液；S2、将氧化天然石墨和包覆液混合后，通入二氧化硫气体，反应后得到沥青/催化剂/金属氧化物包覆天然石墨材料；S3、将沥青/催化剂/金属氧化物包覆天然石墨材料在混合气体中进行碳化，得到磷掺杂无定形碳包覆天然石墨；所述S3中混合气体为磷化氢和氩气。2.根据权利要求1所述的一种高能量密度快充负极材料的制备方法，其特征在于，所述磷化氢与氩气的体积比为1
‑
5:10。3.根据权利要求1所述的一种高能量密度快充负极材料的制备方法，其特征在于，所述S1中沥青的软化点为40
‑
80℃。4.根据权利要求1所述的一种高能量密度快充负极材料的制备方法，其特征在于，所述S1中金属催化剂、沥青和有机金属化合物的质量比为1
‑
5:5
‑
20:1
‑
5。5.根据权利要求1所述的一种高能量密度快充负极材料的制备方法，其特征在于，所述S1中包覆液的浓度为1
‑
10wt％。6.根据权利要求1所述的一种高能量密度快充负极材料的制备方法，其特征在于，所述S1中金属催化剂包括氯化铁、氯化钴和氯化镍中的一种或多种；有机金属化合物包括1,1'
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：宋志涛，边辉，任荣，陈飞，陈经玲，
申请(专利权)人：四川坤天新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：